DE10256154A1 - System and method for compensating high-speed non-linearities in heterodyne interferometers - Google Patents

System and method for compensating high-speed non-linearities in heterodyne interferometers

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Abstract

Ein System und ein Verfahren zum Kompensieren der Nichtlinearität des Hochgeschwindigkeitstyps, der sich in heterodynen Interferometerpositionsdaten manifestiert, umfaßt ein Empfangen einer Mehrzahl von Gruppen von digitalen Positionswerten. Eine Mehrzahl von Gruppen von digitalen Phasenwerten aus einem Meßkanal wird empfangen. Eine erste Gruppe der digitalen Positionswerte und digitalen Phasenwerte wird digital verarbeitet, um eine Mehrzahl von Blockdatenwerten zu erzeugen. Die Mehrzahl von Blockdaktenwerten wird digital verarbeitet, um zumindest einen quasistatischen Nichtlinearitätsparameter zu erzeugen. Eine zweite Gruppe der digitalen Positionswerte wird, basierend auf dem zumindest einen quasistatischen Nichtlinearitätsparameter, kompensiert.A system and method for compensating for the non-linearity of the high-speed type, which is manifested in heterodyne interferometer position data, comprises receiving a plurality of groups of digital position values. A plurality of groups of digital phase values from a measurement channel are received. A first group of the digital position values and digital phase values is digitally processed to generate a plurality of block data values. The plurality of block data values are digitally processed to generate at least one quasi-static non-linearity parameter. A second group of the digital position values is compensated based on the at least one quasi-static non-linearity parameter.

Description

Diese Erfindung ist mit der US-Patenanmeldung, Seriennummer 10/003.798, die am 26. Oktober 2001 mit dem Titel "Phasendigitalisierer" eingereicht wurde, und mit der US- Patentanmeldung, Seriennummer 10/010.175, die am 13. November 2001 mit dem Titel "System und Verfahren zur Interferometer-Nichtlinearitätskompensation" eingereicht wurde, verwandt. This invention is related to the US patent application, serial number 10 / 003.798 entitled October 26, 2001 "Phase digitizer" was filed, and with the US Patent application, serial number 10 / 010.175, which was filed on November 2001 with the title "System and procedure for Interferometer nonlinearity compensation " related.

Diese Befindung bezieht sich allgemein auf Interferometersysteme. Diese Erfindung bezieht sich spezieller auf ein System und ein Verfahren zur heterodynen Interferometerkompensation eines Typs einer Nichtlinearität, die bei hohen Geschwindigkeiten auftritt. This condition generally relates to Interferometer. This invention relates more particularly to System and method for heterodyne Interferometer compensation of a type of nonlinearity that occurs at high Speeds occurs.

Ein Licht-Leckverlust zwischen Strahlen in einem Interferometer in der Metrologie erzeugt Meßergebnisse, die vom Idealwert periodisch abweichen, was als Nichtlinearität bekannt ist. A light leakage loss between rays in one Interferometer in metrology produces measurement results from Ideally, periodically deviate what is called non-linearity is known.

Eine bekannte Technik zum Kompensieren der Nichtlinearität in einem homodynen Interferometer involviert einen Ausgleich der zwei Gleichphase- und Quadratursignale innerhalb des Interferometers für Versatz, Verstärkung und eine Orthogonalität. Die Signale werden digitalisiert, bezüglich ihres Ungleichgewichts berechnet, und es wird eine analoge Elektronik verwendet, um Versatz- und Verstärkungs- Kompensationen zu injizieren. Alle Kompensationskomponenten sind innerhalb des Interferometers selbst enthalten. Bei einem heterodynen Interferometer sind keine Gleichphase- und Quadratursignal auszugleichen. Daher ist ein solches Kompensationsverfahren auf ein heterodynes Interferometer nicht anwendbar. A known technique for compensating for non-linearity involved in a homodyne interferometer Balancing the two in-phase and quadrature signals within of the interferometer for offset, gain and one Orthogonality. The signals are digitized with respect to their imbalance, and it becomes an analog Electronics used to offset and gain To inject compensation. All compensation components are contained within the interferometer itself. at a heterodyne interferometer are not in phase and balance the quadrature signal. So that's one Compensation method on a heterodyne interferometer not applicable.

Es wäre wünschenswert, ein System und ein Verfahren zur Nichtlinearitätskompensation von Interferometerpositionsdaten unter Verwendung einer digitalen numerischen Verarbeitung zu schaffen, bei der die Nichtlinearität eines Typs ist, der bei hohen Geschwindigkeiten auftritt. It would be desirable to have a system and method for Nonlinearity compensation of Interferometer position data using a digital numeric To create processing where the non-linearity of a type that occurs at high speeds.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zur Kompensation von Hochgeschwindikeits- Nichtlinearitäten von heterodynen Interferometern zu schaffen. It is an object of the present invention, a system and a method for the compensation of high-speed Nonlinearities of heterodyne interferometers too create.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Kompensationssystem gemäß Anspruch 11 und ein heterodynes Interferometersystem zur Verschiebungsmessung gemäß Anspruch 22 gelöst. This object is achieved by a method according to claim 1, a compensation system according to claim 11 and heterodyne interferometer system for displacement measurement according to Claim 22 solved.

Eine Form der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zum Kompensieren einer Nichtlinearität des Hochgeschwindigkeitstyps vor, die sich in heterodynen Interferometerpositionsdaten manifestiert. Eine Mehrzahl von Gruppen von digitalen Positionswerten wird empfangen. Eine Mehrzahl von Gruppen von digitalen Phasenwerten aus einem Meßkanal wird empfangen. Eine erste Gruppe der digitalen Positionswerte und der digitalen Phasenwerte wird digital verarbeitet, um eine Mehrzahl von Blockdatenwerten zu erzeugen. Die Mehrzahl von Blockdatenwerten wird digital verarbeitet, um zumindest einen quasistatischen Nichtlinearitätsparameter zu erzeugen. Eine zweite Gruppe der digitalen Positionswerte wird basierend auf dem zumindest einen quasistatischen Nichtlinearitätsparameter kompensiert. One form of the present invention provides a method to compensate for a nonlinearity of the High-speed type that are in heterodyne Interferometer position data manifested. A plurality of groups of digital position values are received. A majority of Groups of digital phase values from a measuring channel receive. A first group of digital position values and the digital phase values are digitally processed to generate a plurality of block data values. The A plurality of block data values are digitally processed to at least one quasi-static non-linearity parameter to create. A second group of digital Position values are based on the at least one quasi-static Nonlinearity parameters compensated.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Preferred embodiments of the present invention are referred to below with reference to the enclosed Drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein elektrisches Blockdiagramm, das ein bekanntes heterodynes Interferometersystem zur Verschiebungsmessung darstellt; FIG. 1 is an electrical block diagram illustrating a known heterodyne interferometer system for displacement measurement;

Fig. 2 ein funktionales Blockdiagramm, das ein Hochgeschwindigkeits-Nichtlinearitäts-Kompensationssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; Fig. 2 is a functional block diagram illustrating a high-speed non-linearity compensation system according to an embodiment of the present invention;

Fig. 3 ein Diagramm, das ein Positionsdatenwort, das durch das Interferometersystem von Fig. 1 ausgegeben wurde, darstellt; Fig. 3 is a diagram illustrating a position data word, which has been output by the interferometer of FIG. 1;

Fig. 4 ein elektrisches schematisches Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel des Blockdaten-Generators, der in Fig. 2 gezeigt ist, darstellt; FIG. 4 is an electrical schematic diagram illustrating an embodiment of the block data generator shown in FIG. 2;

Fig. 5A ein elektrisches schematisches Diagramm, das einen Modulo-320-Zähler zum Erzeugen von Zählersignalen zum Steuern des Betriebs des Blockdatengenerators, der in Fig. 4 gezeigt ist, darstellt; 5A is an electrical schematic diagram illustrating a modulo-320 counter for generating counter signals for controlling the operation of the block data generator shown in Figure 4,..;

Fig. 5B ein Diagramm, das Steuersignale zum Steuern des Betriebs des Blockdatengenerators, der in Fig. 4 gezeigt ist, darstellt; Fig. 5B is a diagram illustrating control signals for controlling the operation of the block data generator shown in Fig. 4;

Fig. 6 ein Diagramm einer Gruppe von 320 Positionsdatenworten, die in zehn Blöcke von jeweils 32 Worten partitioniert sind; und Figure 6 is a diagram of a group of 320 position data words partitioned into ten blocks of 32 words each; and

Fig. 7 ein elektrisches Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel des Kompensationsverarbeitungsblocks, der in Fig. 2 gezeigt ist, darstellt. FIG. 7 is an electrical block diagram illustrating one embodiment of the compensation processing block shown in FIG. 2.

In der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden, und auf denen mittels Darstellung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, bei denen die Erfindung praktiziert werden kann. Es wird darauf hingewiesen, daß andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgende, ausführliche Beschreibung soll daher nicht als einschränkend gelten, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die angehängten Ansprüche definiert. In the detailed description of the preferred embodiments is attached to the Reference is made to drawings which form a part hereof, and on which specific by means of representation Exemplary embodiments are shown in which the invention is practiced can be. It should be noted that others Examples used and structural or logical Changes can be made without dated Depart from the scope of the present invention. The The following detailed description should not be considered apply restrictively, and the scope of protection of the present invention is by the appended claims Are defined.

I. INTERFEROMETRIESYSTEM ZUR VERSCHIEBUNGSMESSUNGI. INTERFEROMETRY SYSTEM FOR SHIFT MEASUREMENT

Das Nichtlinearitäts-Kompensationssystem- und Verfahren der vorliegenden Erfindung wird im Zusammenhang mit einem heterodynen Interferometriesystems zur Verschiebungsmessung erörtert. The non-linearity compensation system and method of present invention is in connection with a heterodyne interferometry system for displacement measurement discussed.

Ein typisches Interferometersystem zur Verschiebungsmessung besteht aus einer frequenzstabilisierten Laserlichtquelle, einer Interferometeroptik und einer Meßelektronik. Bei der Metrologie, die auf einer homodynen Interferometrie basiert, ist die Phasenprogressionsfunktion φ(t) direkt proportional zum Objektversatz in der Zeit t, gewöhnlicherweise um den Faktor λ/4. Das heißt, daß eine UI-Veränderung (UI = unit interval = Einheitsintervall) eine Objektbewegung von einem Viertel der Wellenlänge der Lichtwelle darstellt. Ein UI stellt einen Lichtwellen- Interferenzstreifen oder 2π rad. Beim Mischen, wobei eine Phase beibehalten wird, manifestiert sich ein Weg von λ/4 als ein Interferenzstreifen. Bei der Metrologie, die auf der heterodynen Interferometrie basiert, gibt es zwei Kanäle: einen Dopplerverschobenen (Meßkanal) und den anderen Nichtverschobenen (Referenzkanal). Die Differenz zwischen den zweiphasigen Progressionsfunktionen φM(t) und φR(t) der zwei Kanäle ist proportional zum Objektversatz auf bis eine willkürliche Konstante. Die Phasenprogressionsfunktionen für beide Kanäle steigen mit der Zeit monoton an. A typical interferometer system for displacement measurement consists of a frequency-stabilized laser light source, an interferometer optics and measuring electronics. In metrology, which is based on homodyne interferometry, the phase progression function φ (t) is directly proportional to the object offset in time t, usually by the factor λ / 4. This means that a UI change (UI = unit interval) represents an object movement of a quarter of the wavelength of the light wave. A UI represents a light wave interference fringe or 2π rad. When mixing while maintaining a phase, a path of λ / 4 manifests as an interference fringe. In metrology, which is based on heterodyne interferometry, there are two channels: one Doppler shifted (measuring channel) and the other non-shifted (reference channel). The difference between the two-phase progression functions φ M (t) and φ R (t) of the two channels is proportional to the object offset up to an arbitrary constant. The phase progression functions for both channels increase monotonically over time.

Fig. 1 ist ein elektrisches Blockdiagramm, das ein bekanntes heterodynes Interferometersystem 100 zur Verschiebungsmessung darstellt. Das Interferometersystem 100 umfaßt einen Laser 102, ein Interferometer 108, eine Meß- und Verarbeitungselektronik 112 und einen Faseroptikaufnehmer 114. Das Interferometer 108 umfaßt einen stationären Retroreflektor 104, einen PBS (PBS = polarizing beam splitter = Polarisierungsstrahlteiler) und einen beweglichen Retroreflektor 110. Fig. 1 is an electrical block diagram 100 illustrating a known heterodyne interferometer system for displacement measurement. The interferometer system 100 comprises a laser 102 , an interferometer 108 , measurement and processing electronics 112 and a fiber optic pickup 114 . The interferometer 108 comprises a stationary retroreflector 104 , a PBS (PBS = polarizing beam splitter = polarization beam splitter) and a movable retroreflector 110 .

Der Laser 102 erzeugt ein Paar von kollinearen, orthogonal polarisierten optischen Strahlen von gleicher Intensität und unterschiedlichen Frequenzen F1 und F2, die sich in der Frequenz um FR unterscheiden, die eine Referenzfrequenz ist (die auch als eine Teilungsfrequenz bezeichnet wird). Die optischen Strahlen bewegen sich durch das Interferometer 108. Der Polarisierungsstrahlteiler 106 reflektiert eine Polarisierung des eingehenden Lichts zum stationären Retroreflektor 104 und leitet die andere Polarisierung des Lichts zu dem beweglichen Retroreflektor 110. Die Reflektoren 104 und 110 senden das Licht zu dem Polarisierungsstrahlteiler 106 zurück, wo ein Strahl übertragen und der andere Strahl reflektiert wird, so daß die zwei Strahlen wiederum kollinear sind. Die lineare Bewegung des beweglichen Retroreflektors 110 führt zu einer entsprechenden Änderung des Phasenunterschieds zwischen den zwei Strahlen. Die von dem Interferometer 108 ausgegebenen Strahlen gelangen zum Faseroptikaufnehmer 114. Bei dem Faseroptikaufnehmer 114 werden die vom Interferometer 108 ausgegebenen Strahlen gemischt, und der gemischte Strahl wird mit einer optischen Faser 113 gekoppelt. Der gemischte Strahl wird als Meßsignal bezeichnet, und die Mischung wird durch die folgende Gleichung I dargestellt: Gleichung I

wobei:
⊗ eine Mischoperation anzeigt; und
die Linie über F1 anzeigt, daß das Signal dopplerverschoben ist.
Laser 102 generates a pair of collinear, orthogonally polarized optical beams of the same intensity and different frequencies F 1 and F 2 that differ in frequency by F R , which is a reference frequency (also referred to as a split frequency). The optical rays move through interferometer 108 . The polarizing beam splitter 106 reflects one polarization of the incoming light to the stationary retroreflector 104 and guides the other polarization of the light to the movable retroreflector 110 . The reflectors 104 and 110 send the light back to the polarizing beam splitter 106 where one beam is transmitted and the other beam is reflected so that the two beams are again collinear. The linear movement of the movable retroreflector 110 results in a corresponding change in the phase difference between the two beams. The rays output by the interferometer 108 reach the fiber optic pickup 114 . In the fiber optic pickup 114 , the beams output from the interferometer 108 are mixed, and the mixed beam is coupled to an optical fiber 113 . The mixed beam is called the measurement signal and the mixture is represented by the following Equation I: Equation I

in which:
⊗ indicates a mix operation; and
the line over F 1 indicates that the signal has shifted Doppler.

Die Meß- und Verarbeitungselektronik 112 enthält einen Faseroptikempfänger, der ein elektrisches Meßsignal erzeugt, das dem optischen Meßsignal entspricht. Das Meßsignal weist eine Frequenz auf, die gleich der Referenzfrequenz FR plus der Dopplerverschiebungsfrequenz ist, wie in der nachstehenden Gleichung II gezeigt ist: Gleichung II FM = FR + nν/λ

wobei:
ν die Geschwindigkeit des Interferometerelements ist, dessen Position gemessen wird (das Vorzeichen von ν zeigt die Bewegungsrichtung an);
λ die Wellenlänge des Lichts ist, das vom Laser 102 emittiert wird; und
n gleich 2, 4 etc. abhängig von der Anzahl der Durchläufe ist, die das Licht durch das Interferometer 108 vornimmt. Bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist n = 4.
The measurement and processing electronics 112 contains a fiber optic receiver that generates an electrical measurement signal that corresponds to the optical measurement signal. The measurement signal has a frequency that is equal to the reference frequency F R plus the Doppler shift frequency, as shown in Equation II below: Equation II F M = F R + nν / λ

in which:
ν is the speed of the interferometer element whose position is being measured (the sign of ν indicates the direction of movement);
λ is the wavelength of the light emitted by laser 102 ; and
n is 2, 4, etc. is dependent on the number of passes that the light makes through the interferometer 108 . In the exemplary embodiments of the present invention, n = 4.

Bei dem Beispielsystem von Fig. 4 erzeugt die Bewegung des Retroreflektors 110 die Dopplerverschiebung, und n = 2. Der Laser 102 gibt auch ein Referenzsignal auf der Referenzfrequenz (FR) über ein Faseroptikkabel 111 aus, das an einen Faseroptikempfänger in der Meß- und Verarbeitungselektronik 112 verläuft. Das Referenzsignal wird durch Mischen der zwei Strahlen aus dem Laser 102 (F1 und F2) erzeugt, was durch die nachstehende Gleichung III dargestellt ist: Gleichung III Referenzsignal = F1 ⊗ F2
In the example system of FIG. 4, the movement of the retroreflector 110 produces the Doppler shift, and n = 2. The laser 102 also outputs a reference signal at the reference frequency (F R ) via a fiber optic cable 111 , which is connected to a fiber optic receiver in the measurement and Processing electronics 112 runs. The reference signal is generated by mixing the two beams from the laser 102 (F 1 and F 2 ), which is represented by Equation III below: Equation III reference signal = F 1 ⊗ F 2

Die Meß- und Verarbeitungselektronik 112 enthält einen Faseroptikempfänger, der ein elektrisches Referenzsignal entsprechend dem optischen Referenzsignal erzeugt. Das Referenzsignal weist eine Frequenz auf, die gleich der Referenzfrequenz FR ist. The measurement and processing electronics 112 includes a fiber optic receiver that generates an electrical reference signal corresponding to the optical reference signal. The reference signal has a frequency that is equal to the reference frequency F R.

Die Meß- und Verarbeitungselektronik 112 mißt und akkumuliert den Phasenunterschied zwischen dem Referenzsignal und dem Meßsignal und verarbeitet die Differenz, um Positions- und Geschwindigkeitsausgangssignale zu liefern. Measurement and processing electronics 112 measure and accumulate the phase difference between the reference signal and the measurement signal and process the difference to provide position and speed output signals.

II. NICHTLINEARITÄTII. NONLINEARITY

In weniger idealen Situationen tritt ein Licht-Leckverlust zwischen Laserstrahlen 102 auf, was bewirkt, daß eine kleine Menge einer Frequenz in der anderen Frequenz vorhanden ist. Durch Symbolisieren des Idealfalls durch einen Großbuchstaben und der Leckage durch einen Kleinbuchstaben kann die nichtideale Situation anhand der folgenden Gleichung IV und der Gleichung V symbolisiert werden: Gleichung IV

Gleichung V Referenzsignal: (F1 + f2) ⊗ (F2 + f1)
In less ideal situations, light leakage occurs between laser beams 102 , causing a small amount of one frequency to be present in the other frequency. By symbolizing the ideal case with a capital letter and the leakage with a lower case letter, the non-ideal situation can be symbolized using the following equation IV and equation V: Equation IV

Equation V reference signal: (F 1 + f 2 ) ⊗ (F 2 + f 1 )

Durch das Mischen werden Signale von vielen Frequenzen erzeugt. Das Meßsignal weist sechs gemischte Komponenten auf:


Mixing produces signals of many frequencies. The measurement signal has six mixed components:


Das Referenzsignal weist ebenfalls sechs gemischte Komponenten auf:

R1 : F1 ⊗ F2; R2 : F1 ⊗ f2; R3 : f1 ⊗ F2; R4 : f1 ⊗ F1; R5 : f2 ⊗ F2; R6 : f1 ⊗ f2
The reference signal also has six mixed components:

R1: F 1 ⊗ F 2 ; R2: F 1 ⊗ f 2 ; R3: f 1 ⊗ F 2 ; R4: f 1 ⊗ F 1 ; R5: f 2 ⊗ F 2 ; R6: f 1 ⊗ f 2

Die Signale M1 und R1 sind die gewünschten Meß- bzw. Referenzsignale, nicht die Nichtlinearität. Typischerweise sind M1 und R1 die dominanten Komponenten. The signals M1 and R1 are the desired measuring or Reference signals, not the non-linearity. Typically are M1 and R1 are the dominant components.

Die Signale M6 und R6 sind jeweils Mischprodukte von zwei typischerweise kleinen Signale, die nur Effekte zweiter Ordnung erzeugen. Die Signale M6 und R6 können ignoriert werden. Signals M6 and R6 are mixed products of two typically small signals that only effects second Create order. The signals M6 and R6 can be ignored become.

Die Signale R2, R3, R4 und R5 sind statische Parameter. Die Signale R2 und R3 weisen die gleiche Frequenz wie das ideale Signal R1 auf, das die Referenz- oder Teilfrequenz ist. Der kombinierte Effekt von R2 und R3 soll eine inkonsequente konstante Phasenverschiebung zum Referenzsignal bewirken. Die Signale R4 und R5 sind "beständige" Signale, die sich untereinander mischen, was nur zu einer statischen Gleichstromamplitudenverschiebung führt. Ein "beständiges" Signal ist ein Signal, das nicht dopplerverschoben ist. Bei einer wechselstromgekoppelten Schaltung erzeugen R4 und R5 keinen Effekt und können ignoriert werden. The signals R2, R3, R4 and R5 are static parameters. The Signals R2 and R3 have the same frequency as that ideal signal R1, which is the reference or partial frequency is. The combined effect of R2 and R3 is said to be one inconsistent constant phase shift to the reference signal cause. The signals R4 and R5 are "stable" signals, that mix with each other, which only results in a static DC amplitude shift leads. A "constant" Signal is a signal that is not Doppler shifted. at an AC-coupled circuit generate R4 and R5 no effect and can be ignored.

Die durch M2 und M3 bewirkte Nichtlinearität ist bei moderaten Geschwindigkeiten (z. B. unter etwa 50 mm/sec) am offensichtlichsten. M2 und M3 erzeugen ein Interferenzsignal bei der Referenzfrequenz, die das Meßsignal M1 stört, um eine Nichtlinearität zu bewirken. Die zeitliche Frequenz der Nichtlinearität ist die Dopplerfrequenz, und daher ist die räumliche Frequenz der Nichtlinearität invariant (sie ist immer eine Periode bei λ/4 der zurückgelegten Entfernung). Die durch M2 und M3 bewirkte Nichtlinearität ist mit den Positionsdaten bei einer Periode von 1 UI oder einem "Streifen", der λ/4 der zurückgelegten Entfernung darstellt, periodisch. Für einen HeNe-Laser beträgt λ 633 nm. Die räumliche Frequenzinvarianzeigenschaft einer Nichtlinearität des M2- und M3-Typs erleichtert die Kompensation. The non-linearity caused by M2 and M3 is at moderate speeds (e.g. below about 50 mm / sec) on obvious. M2 and M3 generate one Interference signal at the reference frequency, which interferes with the measurement signal M1, to cause non-linearity. The temporal frequency the nonlinearity is the Doppler frequency, and therefore is the spatial frequency of the nonlinearity invariant (she is always a period at λ / 4 of the distance traveled Distance). The non-linearity caused by M2 and M3 is also with the position data for a period of 1 UI or one "Streak", the λ / 4 of the distance traveled represents, periodically. For a HeNe laser, λ is 633 nm. The spatial frequency invariance property of a Nonlinearity of the M2 and M3 types facilitates compensation.

Die Signale M4 und M5 sind Nichtlinearitätstyp, der bei einer hohen Geschwindigkeit des Meßobjekts entfernt von der Lichtquelle beobachtet wird. Das Mischprodukt von M4 weist die Form auf, die in der nachstehenden Gleichung VI gezeigt ist: Gleichung VI

wobei:
p1 ein Positionsparameter ist; und
λ die Wellenlänge des vom Laser 102 emittierten Lichts ist.
The signals M4 and M5 are of the non-linearity type, which is observed at a high speed of the measurement object away from the light source. The mixed product of M4 has the form shown in Equation VI below: Equation VI

in which:
p 1 is a position parameter; and
λ is the wavelength of the light emitted by laser 102 .

Desgleichen weist das Mischprodukt von M5 die Form auf, die in der nachstehenden Gleichung VII gezeigt ist: Gleichung VII

wobei:
p2 ein Positionsparameter ist; und
λ die Wellenlänge des vom Laser 102 emittierten Lichts ist.
Similarly, the mixed product of M5 has the form shown in Equation VII below: Equation VII

in which:
p 2 is a position parameter; and
λ is the wavelength of the light emitted by laser 102 .

Die Positionsparameter p1 und p2 können unterschiedliche Ursprünge aufweisen, sind jedoch nahezu identisch skaliert, da F1 bei einem Ausführungsbeispiel nur ein paar Megahertz von F2 liegt. Die zeitliche Frequenz von M4 und M5 ist die gleiche und ist gleich der Dopplerfrequenz fDoppler = fR - fM. Die M4- und M5-Signale stören das Meßsignal bei fM - fDoppler, was eine Nichtlinearität auf der zeitlichen Frequenz von 2.fM - fR erzeugt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der M4- und M5-Typ der Nichtlinearität nur zu sehen, wenn die Meßfrequenz sich der Hälfte der Referenzfrequenz nähert, was geschieht, wenn sich das Objekt innerhalb eines kleinen Bereichs von Geschwindigkeiten entfernt von der Quelle schnell bewegt (z. B. etwa 0,5 m/sec). Leider ist weder die temporale noch die räumliche Frequenz des M4- und des M5-Typs der Nichtlinearität invariant, was ihre Kompensation komplexer gestaltet. Zusätzlich zu den Positionsdaten ist die Meßkanal-Referenzfrequenz erforderlich. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kompensiert die Nichtlinearität, die durch die Signale M4 und M5 bewirkt wird. The position parameters p 1 and p 2 can have different origins, but are scaled almost identically, since F 1 is only a few megahertz of F2 in one exemplary embodiment. The temporal frequency of M4 and M5 is the same and is equal to the Doppler frequency f Doppler = f R - f M. The M4 and M5 signals interfere with the measurement signal at f M - f Doppler , which produces a non-linearity on the temporal frequency of 2.f M - f R. In one embodiment, the M4 and M5 types of non-linearity are only seen when the measurement frequency approaches half of the reference frequency, which happens when the object is moving rapidly within a small range of speeds from the source (e.g. about 0.5 m / sec). Unfortunately, neither the temporal nor the spatial frequency of the M4 and M5 types of nonlinearity is invariant, which makes their compensation more complex. In addition to the position data, the measuring channel reference frequency is required. One embodiment of the present invention compensates for the non-linearity caused by signals M4 and M5.

Die Nichtlinearitätsstörung Δφ(t), (in UI), als eine Funktion der Zeit ist in der nachstehenden Gleichung VIII gezeigt: Gleichung VIII

wobei:
r das Verhältnis der Größenordnungen des kombinierten störenden M4/M5-Signals zu dem des idealen Signals M1 ist; und
θ ein Phasenversatz zwischen der Phasenprogression von (2fM-fR) und dem Nichtlinearitätsmuster der Positionsdaten bei der gleichen Frequenz ist.
The nonlinearity disturbance Δφ (t), (in UI), as a function of time is shown in Equation VIII below: Equation VIII

in which:
r is the ratio of the orders of magnitude of the combined interfering M4 / M5 signal to that of the ideal signal M1; and
θ is a phase offset between the phase progression of (2f M- f R ) and the non-linearity pattern of the position data at the same frequency.

III. NICHTLINEARITÄTSKOMPENSATIONIII. NON LINEARITY COMPENSATION A. Überblick über das KompensationssystemA. Overview of the compensation system

Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die gemessenen Positionsdaten, die durch das Interferometersystem 100 ausgegeben werden, und die Phasenprogression des Meßkanals verarbeitet, und es werden zwei am besten passende, quasistatische Nichtlinearitätsparameter erzeugt, um die Daten in naher Zukunft zu kompensieren. Unter Fortsetzung des Prozesses auf unbestimmte Zeit werden alle Daten nach einer anfänglichen Latenzperiode kompensiert. Bei einer Form der Erfindung werden die Nichtlinearitätsgrößenordnung und die Phasenparameter während des Betriebs aus den 320 aufeinanderfolgenden Positionsdatenworten und den 320 Meßkanal-Phasenprogressionsworten bestimmt und verwendet, um die Positionsdatenworte zu kompensieren, die unmittelbar folgen. Eine Form der Erfindung ist ein vollständig digitaler Prozeß, der sprungweise auf eine "Bocksprung"-Weise fortgesetzt wird, wodurch alle zukünftigen Daten unter Verwendung der periodisch aktualisierten Nichtlinearitätsparameter kompensiert werden. In one embodiment of the present invention, the measured position data output by the interferometer system 100 and the phase progression of the measurement channel are processed, and two most suitable, quasi-static non-linearity parameters are generated to compensate for the data in the near future. Continuing the process indefinitely, all data is compensated for after an initial latency period. In one form of the invention, the non-linearity magnitude and in-phase phase parameters are determined from the 320 consecutive position data words and the 320 measurement channel phase progression words and used to compensate for the position data words that immediately follow. One form of the invention is a fully digital process that is skipped in a "leapfrog" fashion, thereby compensating for all future data using the periodically updated non-linearity parameters.

Fig. 2 ist ein funktionales Blockdiagramm, das ein Nichtlinearitäts-Kompensationssystem 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Fig. 2 zeigt einen Phasendigitalisierungsabschnitt 100P des Interferometersystems 100. Der Phasendigitalisierungsabschnitt 100P umfaßt einen Meßkanalphasendigitalisierer 208M einen Referenzkanalphasendigitalisierer 208R und die ALU 207 (ALU = arithmetic logic unit = arithmetisch logische Einheit). Der Meßkanalphasendigitalisierer 208M erzeugt Meßkanalphasendaten 209M basierend auf einem empfangenen Meßsignal. Der Referenzkanalphasendigitalisierer 208R erzeugt Referenzkanalphasendaten 209R basierend auf einem empfangenen Referenzsignal. Die ALU 207 erzeugt beobachtete Positionsdaten 204 basierend auf der Differenz zwischen den Meßkanalphasendaten 209M und den Referenzkanalphasendaten 209R. Fig. 2 is a functional block diagram 200 illustrating a non-linearity compensation system according to an embodiment of the present invention. Fig. 2 shows a phase digitizing section 100 P 100 of the interferometer system. The phase digitizing section 100 includes a P Meßkanalphasendigitalisierer 208 M a Referenzkanalphasendigitalisierer R 208 and the ALU 207 (Arithmetic Logic Unit ALU = Arithmetic Logic Unit). The measurement channel phase digitizer 208 M generates measurement channel phase data 209 M based on a received measurement signal. The reference channel phase digitizer 208 R generates reference channel phase data 209 R based on a received reference signal. The ALU 207 generates observed position data 204 based on the difference between the measurement channel phase data 209 M and the reference channel phase data 209 R.

Das Nichtlinearitätskompensationssystem 200 umfaßt einen Kompensationsverarbeitungsblock 206, einen Blockdatengenerator 210, einen Parametergenerator 212 und ALUs 217 und 220. Der Kompensationsverarbeitungsblock 206 umfaßt eine Block-RAM-Tabelle 206A und eine ALU 206B. Bei einem Ausführungsbeispiel kompensiert das Nichtlinearitätskompensationssystem 200 eine Nichtlinearität des M4- und des M5-Typs bei unkompensierten Positionsdaten 202, die beobachtete Positionsdaten 204 umfassen, die durch das Interferometersystem 100 ausgegeben werden, und auch expandierte Positionsdaten umfassen können (z. B. expandiert durch Extrapolation). The non-linearity compensation system 200 includes a compensation processing block 206 , a block data generator 210 , a parameter generator 212, and ALUs 217 and 220 . The compensation processing block 206 includes a block RAM table 206 A and an ALU 206 B. In one embodiment, the non-linearity compensation system 200 compensates for non-linearity of the M4 and M5 types in uncompensated position data 202 , which includes observed position data 204 , by the interferometer system 100 are output, and can also include expanded position data (e.g. expanded by extrapolation).

Die beobachteten Positionsdaten 204 (p(j)) aus dem Interferometersystem 100 werden an die ALU 220 und den Blockdatengenerator 210 geliefert. Die ALU 220 empfängt auch Meßkanalphasendaten 209M aus dem Interferometersystem 100. Die ALU 220 summiert die beobachteten Positionsdaten 204 (p(j)) und die Meßkanalphasendaten 209M. Die Summe der beobachteten Positionsdaten 204 (p(j)) und der Meßkanalphasendaten 209M ist die Nichtlinearitätsphasenprogression 219NL(j)), die an die ALU 217 und den Blockdatengenerator 210 geliefert wird. The observed position data 204 (p (j)) from the interferometer system 100 are supplied to the ALU 220 and the block data generator 210 . The ALU 220 also receives measurement channel phase data 209 M from the interferometer system 100 . The ALU 220 sums the observed position data 204 (p (j)) and the measurement channel phase data 209 M. The sum of the observed position data 204 (p (j)) and the measurement channel phase data 209 M is the non-linearity phase progression 219NL (j)) that to the ALU 217 and the block data generator 210 .

Bei einem Ausführungsbeispiel werden sowohl die beobachteten Positionsdaten 204 (p(j)) und die Nichtlinearitätsphasenprogression 219NL(j)) bei einer Mikrosekundenrate von 3,2 ausgegeben und durch den Blockdatengenerator 210 in Gruppen von 320 verwendet, um 21 Summen für jede Gruppe zu erzeugen. Diese Summen werden wiederum durch den Parametergenerator 212 verwendet, um die Nichtlinearitätsparameter 214M und 214P (die zusammen als Nichtlinearitätsparameter 214 bezeichnet werden) zu konstruieren. Das "j" in p(j) ist ein Index zum Identifizieren der beobachteten Positionsdatenworte und entsprechenden Worte der Meßkanalphasendaten 209M bei einer Mikrosekundenrate von 3,2. Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen die Nichtlinearitätsparameter 214 einen NL-Größenparameter (bzw. NL-Betragsparameter) 214M (VNL) (NL = non-linearity = Nichtlinearität) und einen NL- Phasenversatzparameter 214P (θNL). Die Block-RAM-Tabelle 206A wird aus dem Nichtlinearitäts-Größenparameter 214M (VNL) synthetisiert. Der Nichtlinearitätsphasenversatzparameter 214P (θNL) wird an die ALU 217 geliefert. In one embodiment, both the observed position data 204 (p (j)) and the nonlinear phase progression 219NL (j)) are output at a microsecond rate of 3.2 and used by the block data generator 210 in groups of 320 to get 21 sums for each Generate group. These sums are in turn used by the parameter generator 212, (which are collectively referred to as non-linearity parameters 214) to the non-linearity parameters 214 M and 214 P to construct. The "j" in p (j) is an index for identifying the observed position data words and corresponding words of the measurement channel phase data 209 M at a microsecond rate of 3.2. In one embodiment, the nonlinearity parameter 214 includes a NL-size parameter (or NL-amount parameters) 214 M (V NL) (NL = non-linearity = non-linearity) and a NL- phase offset parameters 214 P (θ NL). The block RAM table 206 A is synthesized from the non-linearity size parameter 214 M (V NL ). The non-linearity phase offset parameter 214 P (θ NL ) is provided to the ALU 217 .

Die ALU 217 subtrahiert den Nichtlinearitäts- Phasenversatzparameter 214P (θNL) aus der Nichtlinearitätsphasenprogression 219NL(j)), um den versatzentfernten Phasenprogressionsparameter 218NL(j) zu bilden, der die Block-RAM-Tabelle 206A kontinuierlich adressiert. The ALU 217 subtracts the non-linearity phase offset parameter 214 P (θ NL ) from the non-linearity phase progression 219NL (j)) to form the offset-removed phase progression parameter 218NL (j), which the block RAM table 206 A continuously addressed.

Die unkompensierten Positionsdaten 202 werden an den Kompensationsverarbeitungsblock 206 geliefert. Die ALU 206B subtrahiert die Kompensationswerte, die aus der Block-RAM- Tabelle 216A aus den unkompensierten Positionsdaten 202 erhalten werden, um die kompensierten Positionsdaten zu erzeugen. Die eingehenden Daten 202 werden bei einer höheren, niedrigeren oder gleichen Interferometerausgaberate von 3,2 Mikrosekunden nichtlinearitätskompensiert. In der Zwischenzeit werden die "zukünftigen" unkompensierten Nichtlinearitäts-Phasenprogressionsdaten 219NL(j)) und die Positionsdaten 204 (p(j)) durch den Blockdatengenerator 210 und den Parametergenerator 212 verwendet, um noch weitere Nichtlinearitätsparameter 214 zu erzeugen, um weitere zukünftige Positionsdaten zu kompensieren. Nach einer anfänglichen Latenzperiode werde alle Daten kompensiert. The uncompensated position data 202 is provided to the compensation processing block 206 . The ALU 206 B subtracts the compensation values obtained from the block RAM table 216 A from the uncompensated position data 202 in order to generate the compensated position data. The incoming data 202 is nonlinearly compensated for a higher, lower, or the same interferometer output rate of 3.2 microseconds. In the meantime, the "future" uncompensated non-linearity phase progression data 219NL (j)) and the position data 204 (p (j)) are used by the block data generator 210 and the parameter generator 212 to generate further non-linearity parameters 214, among others to compensate for future position data. After an initial latency period, all data is compensated.

Da die Nichtlinearitätsparameter 214M und 214P quasistatisch sind und kontinuierlich aktualisiert werden, ist der Prozeß als ein Nachlauffilter wirksam, wodurch entsprechende Parameter 214 von den jüngsten Positionsdaten 204 erzeugt werden. Bei einer Form der Erfindung bewegt sich die Kompensation, die durch den Kompensationsverarbeitungsblock 206 ausgeführt wird, bei einer Nanosekundengeschwindigkeit. Since the non-linearity parameters 214 M and 214 P are quasi-static and are continuously updated, the process acts as a tracking filter, whereby corresponding parameters 214 are generated from the most recent position data 204 . In one form of the invention, the compensation performed by the compensation processing block 206 moves at a nanosecond speed.

Bei einem Ausführungsbeispiel erfaßt der Blockdatengenerator 210, wann ungünstige Bedingungen für eine exakte Messung auftreten, und erzeugt ein aktualisiertes Sperrsignal 216. Wenn ein aktualisiertes Sperrsignal erzeugt wird, stoppt der Parametergenerator 212 das Aktualisieren der Nichtlinearitätsparameter 214. Während dieses Zeitraums werden die Positionsdaten durch den Kompensationsverarbeitungsblock 206 unter Verwendung der existierenden Nichtlinearitätsparameter 214 kompensiert. Das Aktualisieren der Nichtlinearitätsparameter 214 wird fortgesetzt, wenn sich die Meßbedingungen verbessern. In one embodiment, block data generator 210 detects when adverse conditions for an accurate measurement occur and generates an updated lock signal 216 . When an updated lock signal is generated, parameter generator 212 stops updating nonlinearity parameters 214 . During this period, the position data is compensated by the compensation processing block 206 using the existing non-linearity parameters 214 . Updating of non-linearity parameters 214 continues as the measurement conditions improve.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Funktionen, die durch das Nichtlinearitätskompensationssystem 200 ausgeführt werden, auf eine digitale numerische Berechnung durch eine Hardware, Firmware oder eine Kombination begrenzt, und das System 200 umfaßt keinen optischen oder analogen elektrischen Schaltungsaufbau. Bei einer Form der Erfindung ist das Kompensationssystem 200 unter Verwendung von FPGAs (FPGA = field programmable gate array = feldprogrammierbares Gatterarray) und/oder einem oder mehreren DSP- Prozessoren implementiert. In one embodiment, the functions performed by the non-linearity compensation system 200 are limited to digital numerical calculation by hardware, firmware, or a combination, and the system 200 does not include optical or analog electrical circuitry. In one form of the invention, the compensation system 200 is implemented using FPGAs (FPGA = field programmable gate array) and / or one or more DSP processors.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein beobachtetes Positionsdatenwort 300, das durch das Interferometersystem 100 ausgegeben wurde, darstellt. Das Positionsdatenwort 300 umfaßt 32 Bits. Die höchstwertigen 22 Bits (W1 - 22) des Worts 300 stellen den Weg von mehreren von einem ganzen Streifen von λ/4 dar. Die niederwertigsten 10 Bits (F1-10) des Worts 300 stellen den Bruchteil eines Streifens dar. Fig. 3 is a diagram illustrating an observed position data word 300 that has been output by the interferometer system 100. The position data word 300 comprises 32 bits. The most significant 22 bits (W1-22) of word 300 represent the path of several of a whole stripe of λ / 4. The least significant 10 bits (F1-10) of word 300 represent the fraction of a stripe.

B. BlockdatenerzeugungB. Block data generation

Fig. 4 ist ein elektrisches schematisches Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel des Blockdatengenerators 210, der in Fig. 2 gezeigt ist, darstellt. Der Blockdatengenerator 210 umfaßt eine Kosinusnachschlagtabelle 402, eine Sinusnachschlagtabelle 404, Arithmetiklogikeinheiten 406A-406U (die kollektiv als ALUs 406 bezeichnet werden), einen Bitverschieber 408, einen Multiplexer 410, einen Bitverschieber 412, einen Multiplexer 414, einen Bitverschieber 418, einen Multiplexer 420, Register 421, einen Aufwärtszähler 422, einen Bitverschieber 424, einen Akkumulator 426 und einen Modulo-320-Zähler ung einen Signalgenerator 428. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die digitalen Schaltungen, die in Fig. 4 gezeigt sind, bei einer Mikrosekundenrate von 3,2 synchron getaktet. Die Taktschaltung ist in Fig. 4 ausgelassen worden, um die Darstellung der Erfindung zu vereinfachen. FIG. 4 is an electrical schematic diagram illustrating one embodiment of the block data generator 210 shown in FIG. 2. Block data generator 210 includes a cosine lookup table 402 , a sine lookup table 404 , arithmetic logic units 406 A- 406 U (collectively referred to as ALUs 406 ), a bit shifter 408 , a multiplexer 410 , a bit shifter 412 , a multiplexer 414 , a bit shifter 418 , a multiplexer 420 , register 421 , an up counter 422 , a bit shifter 424 , an accumulator 426 and a modulo 320 counter and a signal generator 428 . In one embodiment, the digital circuits shown in FIG. 4 are clocked synchronously at a microsecond rate of 3.2. The clock circuit has been omitted in Figure 4 to simplify the illustration of the invention.

Die beobachteten Positionsdatenworte 300, die 32 Bits breit sind, kommen bei Intervallen von 3,2 Mikrosekunden am "Wort-Ein"-Anschluß 416 an. Der Bruchteil der Positionsdatenworte 300 wird dem Bruchteil der Meßkanal- Phasenprogressionsdaten 209M (φM(j)) an der ALU 220 hinzugefügt. Bei einem Ausführungsbeispiel verarbeitet der Blockdatengenerator 210 die empfangenen Worte der Positionsdaten 204 (p(j)) und die Meßkanalphasendaten 209M (φm(j)) in Gruppen von 320 Worten und erzeugt 21 Ausgangsdatenblöcke für jeden Satz von 320 Worten der Positionsdaten 204 und 320 Worten der Meßkanalphasendaten 209M. The observed position data words 300 , 32 bits wide, arrive at the word on terminal 416 at 3.2 microsecond intervals. The fraction of the position data words 300 is added to the fraction of the measurement channel phase progression data 209 M (φ M (j)) on the ALU 220 . In one embodiment, block data generator 210 processes the received words of position data 204 (p (j)) and measurement channel phase data 209 M (φ m (j)) in groups of 320 words and generates 21 output data blocks for each set of 320 words of position data 204 and 320 words of the measurement channel phase data 209 M.

Der Modulo-320-Zähler und Signalgenerator 428 umfaßt den Modulo-320-Zähler 500 (in Fig. 5A gezeigt) und logische Gatter 510, 512, 514, 516 und 517 (in Fig. 5B gezeigt). Die Verarbeitung, die durch den Blockdatengenerator 210ausgeführt wird, wird durch den Modulo-320-Zähler 500 geplant. Der Modulo-320-Zähler 500 weist eine Kaskade von drei Zählern - einen Modulo-32-Zähler 502, einen Modulo-2-Zähler 504 und einen Modulo-5-Zähler 506 - auf. Der Modulo-32- Zähler 502 und der Modulo-2-Zähler 504 sind traditionelle binäre Aufwärtszähler. Der Modulo-5-Zähler 506 zählt in einer unaufhörlich wiederkehrenden Sequenz 3-4-5-6-7. The modulo 320 counter and signal generator 428 includes the modulo 320 counter 500 (shown in FIG. 5A) and logic gates 510 , 512 , 514 , 516 and 517 (shown in FIG. 5B). The processing performed by block data generator 210 is scheduled by modulo 320 counter 500 . The modulo 320 counter 500 has a cascade of three counters - a modulo 32 counter 502 , a modulo 2 counter 504 and a modulo 5 counter 506 . The modulo 32 counter 502 and the modulo 2 counter 504 are traditional binary up counters. The modulo 5 counter 506 counts 3-4-5-6-7 in an incessantly recurring sequence.

Der Takt-Ein-Eingang (Cin) des Modulo-32-Zählers 502 ist mit einem Taktsignal von 3,2 Mikrosekunden gekoppelt. Der TC-Ausgang (TC = terminal count = Anschlußzählwert) des Modulo-32-Zählers 502 ist mit dem Takt-Ein-Eingang des Modulo-2-Zählers 504 gekoppelt. Das Ausgangssignal (Q) des Modulo-32-Zählers 502 sind die fünf niederwertigsten Bits (Q0-Q4) des Zählers 500. Der Anschlußzählwertausgang des Modulo-2-Zählers 504 ist mit dem Takt-Ein-Eingang des Modulo-5-Zählers 506 gekoppelt. Das Ausgangssignal (Q) des Modulo-2-Zählers 504 ist das vierte höchstwertige Bit (Q5) des Zählers 500. Das Ausgangssignal (Q) des Modulo-5- Zählers 506 sind die drei höchstwertigen Bits (Q6-Q8) des Zählers 500. The clock-in input (Cin) of the modulo-32 counter 502 is coupled to a clock signal of 3.2 microseconds. The TC output (TC = terminal count) of the modulo-32 counter 502 is coupled to the clock-on input of the modulo-2 counter 504 . The output signal (Q) of the modulo 32 counter 502 is the five least significant bits (Q0-Q4) of the counter 500 . The connection count output of the modulo 2 counter 504 is coupled to the clock on input of the modulo 5 counter 506 . The output signal (Q) of the modulo-2 counter 504 is the fourth most significant bit (Q5) of the counter 500 . The output signal (Q) of the modulo 5 counter 506 are the three most significant bits (Q6-Q8) of the counter 500 .

Ein Gruppentaktsignal wird alle 1.024 Mikrosekunden am Anschlußzählwert des Modulo-5-Zählers 506 erzeugt. Die vier höchstwertigen Bits (Q5-Q8) des Zählers 500 und die höchstwertigen zwei Bits (NLF1 und NLF2) der Bruchteile der Nichtlinearen Phase 219NL) sind logisch kombiniert, um zehn Signale zum Steuern der 21 ALUs 406, die in der nachstehenden Tabelle I gezeigt sind, zu erzeugen: Tabelle I



A group clock signal is generated every 1024 microseconds at the port count of the modulo 5 counter 506 . The four most significant bits (Q5-Q8) of counter 500 and the most significant two bits (NLF1 and NLF2) of the fractions of nonlinear phase 219NL ) are logically combined to provide ten signals to control the 21 ALUs 406 shown in the following Table I are shown to generate: Table I



In der vorstehenden Tabelle I zeigt "+" eine logische ODER- Verknüpfung "⊕" zeigt eine logische EXKLUSIV-ODER- Verknüpfung und "." zeigt eine logische UND-Verknüpfung an. In Table I above, "+" shows a logical OR- Link "⊕" shows a logical EXCLUSIVE-OR- Shortcut and "." shows a logical AND operation.

Fig. 5B ist ein Diagramm, das die zehn Steuersignale, die in Tabelle I aufgelistet sind, und die logischen Gatter zum Erzeugen einiger der Signale darstellt. Wie in Fig. 5B gezeigt ist, wird das Signal CE.D durch Ausführen einer EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung auf den Zählerbits Q5 und Q7 mit einem EXKLUSIV-ODER-Gatter 510 und anschließendes Ausführen einer logischen ODER-Verknüpfung mit dem ODER-Gatter 512 bezüglich des Zählerbits Q6 und des Ausgangs des EXKLUSIV- ODER-Gatters 510 erzeugt. Das Signal SGN. D ist eine konstante logische 1. Das Signal CE.L wird durch Ausführen einer logischen UND-Verknüpfung auf den Zählerbits Q6 und Q7 mit dem UND-Gatter 514 erzeugt. Das Signal SGN.L wird aus dem Zählerbit Q8 erzeugt. Das Signal CE.Q wird aus dem Zählerbit Q6 erzeugt. Das Signal SGN. Q wird aus dem Zählerbit Q7 erzeugt. Das Signal CE.24 wird aus dem zweithöchstwertigen Bruchbit NLF2 der nichtlinearen Phase 219NL) erzeugt. Das Signal CE.13 wird durch Invertieren mit dem Inverter 516 des zweiten höchstwertigen Bruchbits NLF2 der nichtlinearen Phase 219NL) erzeugt. Die Signale SGN.24 und SGN.13 werden von dem Komplement des höchstwertigen Bruchbits NLF1 der nichtlinearen Phase 219NL) durch den Inverter 517, der das Komplement erzeugt, erzeugt. Figure 5B is a diagram illustrating the ten control signals listed in Table I and the logic gates for generating some of the signals. As shown in FIG. 5B, the signal CE.D is obtained by EXCLUSIVE-ORing the counter bits Q5 and Q7 with an EXCLUSIVE-OR gate 510 and then performing a logical ORing on the OR gate 512 with respect to the counter bit Q6 and the output of the EXCLUSIVE OR gate 510 . The SGN signal. D is a constant logic 1. The signal CE.L is generated by performing a logical AND operation on the counter bits Q6 and Q7 with the AND gate 514 . The signal SGN.L is generated from the counter bit Q8. The signal CE.Q is generated from the counter bit Q6. The SGN signal. Q is generated from counter bit Q7. The signal CE.24 is generated from the second most significant fraction bit NLF2 of the nonlinear phase 219NL ). The signal CE.13 is generated by inverting with the inverter 516 of the second most significant fraction bit NLF2 of the non-linear phase 219NL ). The signals SGN.24 and SGN.13 are generated from the complement of the most significant fraction bit NLF1 of the nonlinear phase 219NL ) by the inverter 517 , which generates the complement.

Von den zehn Signalen, die in Fig. 5B gezeigt sind, sind die SGN.x-Signale mit den entsprechenden SGN.x- (Polaritäts-) Eingängen der ALUs 406 gekoppelt, und die CE.x- Signale sind mit den entsprechenden CE.x- (Taktfreigabe-) Eingängen der ALUs 406 gekoppelt, wobei "x" die speziellen SGN- und CE-Signale (z. B. D, L, Q, 13 oder 24) identifiziert, die mit einer speziellen ALU 406 gekoppelt sind. Zum Beispiel, wie in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt die ALU 406A einen Taktfreigabe-Eingang CE.D und einen Polaritätseingang SGN.D, was anzeigt, daß die Signale CE.D bzw. SGN.D mit diesen Eingängen der ALU 406A gekoppelt sind. Die Verbindungsleitungen sind in Fig. 4 nicht gezeigt, um die Darstellung der Erfindung zu vereinfachen. Of the ten signals shown in FIG. 5B, the SGN.x signals are coupled to the corresponding SGN.x (polarity) inputs of the ALUs 406 and the CE.x signals are with the corresponding CE. x (clock enable) inputs of ALUs 406 coupled, where "x" identifies the special SGN and CE signals (e.g., D, L, Q, 13, or 24) that are coupled to a special ALU 406 . For example, as shown in FIG. 4, the ALU 406 A includes a clock enable input CE.D and a polarity input SGN.D, which indicates that the signals CE.D and SGN.D are with these inputs of the ALU 406 A are coupled. The connecting lines are not shown in FIG. 4 in order to simplify the illustration of the invention.

Die Zähleranordnung 500, die in Fig. 5A dargestellt ist, partitioniert eine Gruppe von 320 Eingabeworten 300 effektiv in zehn sequentielle Blöcke von jeweils 32 Worten, die mit Block 1 bis Block 10 numeriert sind. Fig. 6 ist ein Diagramm einer Gruppe 600 von 320 Positionsdatenworten 300, die in zehn Blöcke 602A-602J (die zusammen als Blöcke 602 bezeichnet werden) von jeweils 32 Worten partitioniert sind. Counter arrangement 500 , shown in FIG. 5A, effectively partitions a group of 320 input words 300 into ten sequential blocks of 32 words each, numbered block 1 through block 10. Fig. 6 is a diagram of a group 600 of 320 words, position data 300, which in ten blocks 602 A- 602 J (collectively referred to as blocks 602) are partitioned from each 32 words.

Ein CE.x-Signal gibt die entsprechenden ALUs 406 frei, wenn es WAHR ist. Ein SGN.x-Signal, wenn es WAHR ist, gibt ein Inkrement für eine freigegebene ALU 406 vor und ein Dekrement, wenn das Signal FALSCH ist. Die CE.x- und die SGN.x- Signale beeinträchtigen den Betrieb der ALUs 406, wie in der nachstehenden Tabelle II gezeigt ist: Tabelle II ALUs Betrieb 1. ALUs 406A (CD), 406F (SD) und 406K (PD) D: Inkrement in Blöcken 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10; gesperrt in Blöcken 3 und 8. 2. ALUs 406B (CL), 406G (SL) und 406L (PL) L: Dekrement in Blöcken 1, 2; gesperrt in Blöcken 3, 4, 5, 6, 7, 8; Inkrement in Blöcken 9, 10. 3. ALUs 406C (CQ), 406H (SQ) und 406M (PQ) Q: Inkrement in Blöcken 1, 2, 9, 10; gesperrt in Blöcken 3, 4, 7, 8; Dekrement um das Doppelte der Werte in den Blöcken 5, 6. A CE.x signal enables the corresponding ALUs 406 if it is TRUE. A SGN.x signal if it is TRUE specifies an increment for an enabled ALU 406 and a decrement if the signal is FALSE. The CE.x and SGN.x signals interfere with the operation of the ALUs 406 , as shown in Table II below: Table II ALUs business 1.ALUs 406 A (CD), 406 F (SD) and 406 K (PD) D: increment in blocks 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10; blocked in blocks 3 and 8. 2.ALUs 406 B (CL), 406 G (SL) and 406 L (PL) L: decrement in blocks 1, 2; blocked in blocks 3, 4, 5, 6, 7, 8; Increment in blocks 9, 10. 3. ALUs 406 C (CQ), 406 H (SQ) and 406 M (PQ) Q: increment in blocks 1, 2, 9, 10; blocked in blocks 3, 4, 7, 8; Decrement by double the values in blocks 5, 6.

Wie in der nachstehenden Tabelle III gezeigt ist, arbeiten die nachstehenden ALUs 406, ungeachtet des speziellen Blocks 602, der verarbeitet wird, nur auf den logischen Werten der höchstwertigen zwei Bruchbits (NLF1, NLE2) der nichtlinearen Phase 219NL): Tabelle III ALUs Betrieb 1. ALUs 406D (C24), 406I (S24), 406N (P24), 406P (I24), 406R (J24), 406T (K24) "24": 406P Inkrement auf (0, 1); Dekrement auf (1, 1); gesperrt auf (0, 0) und (1, 0). 2. ALUs 406E (C13), 406J (S13), 406O (P13), 406Q (I13), 406S (J13), 406U (K13) "13": Inkrement auf (0, 0); Dekrement auf (1, 0); gesperrt auf (0, 1) und (1, 1). As shown in Table III below, regardless of the particular block 602 being processed, the following ALUs 406 only operate on the logical values of the most significant two fraction bits (NLF1, NLE2) of the nonlinear phase 219NL ): Table III ALUs business 1.ALUs 406 D (C24), 406 I (S24), 406 N (P24), 406 P (I24), 406 R (J24), 406 T (K24) "24": 406P increment to (0, 1); Decrement on (1, 1); locked to (0, 0) and (1, 0). 2.ALUs 406 E (C13), 406 J (S13), 406 O (P13), 406 Q (I13), 406 S (J13), 406 U (K13) "13": increment to (0, 0); Decrement to (1, 0); locked to (0, 1) and (1, 1).

Die Positionsdatenworte 300, die am Anschluß 416 empfangen werden, die jeweils 32 Bits in der Breite betragen, sind mit den Eingangssignalen der ALUs 406K (PD), 406L (PL), 406N (P24) und 406O (P13), dem Bitverschieber 418 und dem Multiplexer 420 verbunden. Ein zweites Eingangssignal (Eingangssignal B) des Multiplexers 420 ist das Positionsdatenwort 300, das mit 2 durch Verschieben um ein Bit mit dem Bitverschieber 418 multipliziert wird. Die gemultiplexten Positionsdaten, die durch den Multiplexer 420 ausgegeben werden, sind mit der ALU 406M (PQ) verbunden. Der Multiplexer 420 wird durch das gleiche Steuerbit SGN.Q wie die ALU 406M (PQ) gesteuert. Diese Anordnung führt dazu, daß der Wert der ALU 406M (PQ) um das Positionsdatenwort 300 auf dem WAHREN SGN.Q inkrementiert wird, jedoch um das Doppelte des Positionsdatenworts 300 auf dem FALSCHEN SGN.Q dekrementiert wird. The position data words 300 , which are received at the connection 416 , each 32 bits wide, are with the input signals of the ALUs 406 K (PD), 406 L (PL), 406 N (P24) and 406 O (P13), connected to bit shifter 418 and multiplexer 420 . A second input signal (input signal B) of the multiplexer 420 is the position data word 300 , which is multiplied by 2 by shifting by one bit with the bit shifter 418 . The multiplexed position data output by the multiplexer 420 is connected to the ALU 406 M (PQ). The multiplexer 420 is controlled by the same control bit SGN.Q as the ALU 406 M (PQ). This arrangement results in the value of the ALU 406 M (PQ) being incremented by the position data word 300 on the TRUE SGN.Q, but is decremented by twice the position data word 300 on the FALSE SGN.Q.

Für Summierungszwecke kann die Breite der Positionsdatenworte 300 von 32 auf 24 Bit ohne Nachteil durch Subtrahieren einer konstanten Ganzzahl, wie z. B. dem "ganzen" Teil des letzten Datenworts 300 von der letzten Gruppe 600, von jedem der 320 anschließenden Positionsdatenworte 400 verringert werden. For summation purposes, the width of the position data words 300 can be increased from 32 to 24 bits without disadvantage by subtracting a constant integer, e.g. B. the "whole" part of the last data word 300 from the last group 600 , from each of the 320 subsequent position data words 400 .

Die höchstwertigen acht Bits (F1-F8) des Bruchteils der Worte der Positionsdaten 204, die am Anschluß 416 empfangen werden, werden durch die AlU 220 dem Bruchteil der Meßkanal-Phasenprogressionsworte 209M (φM(j)) hinzuaddiert. Die Summe, die als ΨNL (J) benannt ist (und als eine Nichtlinearitäts-Phasenprogression 219 bezeichnet wird) wendet sich an zwei Nachschlagtabellen - die Kosinusnachschlagtabelle 402 und die Sinusnachschlagtabelle 404. Die Nachschlagtabellen 402 und 404 überspannen jeweils eine komplette Periode in dem 8-Bit-Adreßraum. Daher gibt es 256 Einträge in jeder Tabelle 402 und 404 von einer Periode. Jeder Eintrag in den Tabellen 402 und 404 ist zehn Bits breit. The most significant eight bits (F1-F8) of the fraction of the words of the position data 204 , which are received at the connection 416 , are added by the AlU 220 to the fraction of the measurement channel phase progression words 209 M (φ M (j)). The sum, designated as ΨNL (J) (and referred to as a non-linearity phase progression 219 ) addresses two look-up tables - the cosine look-up table 402 and the sine look-up table 404 . Lookup tables 402 and 404 each span an entire period in the 8-bit address space. Therefore, there are 256 entries in each table 402 and 404 from one period. Each entry in tables 402 and 404 is ten bits wide.

Der Ausgang der Kosinustabelle 402 ist mit den Eingängen der ALUs 406A (CD), 406B (CL), 406D (C24) und 406E (C13), dem Bitverschieber 408 und dem Multiplexer 410 verbunden. Ein zweiter Eingang (Eingang B) des Multiplexers 410 ist der Ausgang der Kosinustabelle 402, der durch Verschieben um ein Bit mit dem Bitverschieber 408 mit 2 multipliziert wird. Die gemultiplexten Positionsdaten, die durch den Multiplexer 410 ausgegeben werden, werden mit der ALU 406C (CQ) verbunden. Der Multiplexer 410 wird durch das gleiche Steuerbits SGN.Q wie die ALU 406C (CQ) gesteuert. Diese Anordnung führt dazu, daß der Wert der ALU 406C (CQ) um den Ausgabewert der Tabelle 402 auf dem WAHREN SGN. Q inkrementiert, jedoch um das Doppelte des Ausgabewerts der Tabelle 402 auf dem FALSCHEN SGN.Q dekrementiert wird. The output of the cosine table 402 is connected to the inputs of the ALUs 406 A (CD), 406 B (CL), 406 D (C24) and 406 E (C13), the bit shifter 408 and the multiplexer 410 . A second input (input B) of multiplexer 410 is the output of cosine table 402 , which is multiplied by 2 by shifting by one bit with bit shifter 408 . The multiplexed position data output by the multiplexer 410 are connected to the ALU 406 C (CQ). The multiplexer 410 is controlled by the same control bit SGN.Q as the ALU 406 C (CQ). This arrangement causes the value of the ALU 406 C (CQ) to be around the output value of the table 402 on the TRUE SGN. Q is incremented, but is decremented by twice the output value of table 402 on the WRONG SGN.Q.

Der Ausgang der Sinustabelle 404 ist mit den Eingängen der ALUs 406F (SD), 406G (SL), 406I (S24) und 406J (S13), dem Bitverschieber 412 und dem Multiplexer 414 verbunden. Ein zweiter Eingang (Eingang B) des Multiplexers 414 ist der Ausgang der Sinustabelle 404, der durch Verschieben um ein Bit mit dem Bitverschieber 412 mit 2 multipliziert wird. Die gemultiplexten Positionsdaten, die durch den Multiplexer 414 ausgegeben werden, sind mit der ALU 406H (SQ) verbunden. Der Multiplexer 414 wird durch das gleiche Steuerbit SGN.Q wie die ALU 406H (SQ) gesteuert. Diese Anordnung führt dazu, daß der Wert der ALU 406H (SQ) um den Ausgabewert der Tabelle 404 auf einem WAHREN SGN.Q inkrementiert, jedoch um das Doppelte des Ausgabewerts der Tabelle 404 auf einem FALSCHEN SGN.Q dekrementiert wird. The output of the sine table 404 is connected to the inputs of the ALUs 406 F (SD), 406 G (SL), 406 I (S24) and 406 J (S13), the bit shifter 412 and the multiplexer 414 . A second input (input B) of multiplexer 414 is the output of sine table 404 , which is multiplied by 2 by shifting by one bit with bit shifter 412 . The multiplexed position data output by the multiplexer 414 is connected to the ALU 406 H (SQ). The multiplexer 414 is controlled by the same control bit SGN.Q as the ALU 406 H (SQ). This arrangement results in the value of the ALU 406 H (SQ) being incremented by the output value of table 404 on a TRUE SGN.Q, but decremented by twice the output value of table 404 on a FALSE SGN.Q.

Neben dem Verarbeiten der Positionsdatenworte 300 und der Meßkanal-Phasenworte 209M synthetisiert der Blockdatengenerator 210 208 auch drei digitale Sequenzen I, J und K einer 320-Taktlänge (1.024 Mikrosekunden). Die digitalen Sequenzen I, J und K werden einmal pro Gruppe 600 von 320 Takten bei 3,2 Mikrosekunden oder 1024 Mikrosekunden wiederholt. In addition to processing the position data words 300 and the measurement channel phase words 209 M, the block data generator 210 208 also synthesizes three digital sequences I, J and K with a 320 cycle length (1,024 microseconds). The digital sequences I, J and K are repeated once per group 600 of 320 clocks at 3.2 microseconds or 1024 microseconds.

Die Sequenz I ist eine konstante logische 1 und ist mit den Eingangssignalen der ALUs 406P (I24) und 406Q (113) verbunden. Die Sequenz I ist ein Bit breit. Daher könnten die ALUs 406P (I24) und 406Q (I13) bei einem alternativen Ausführungsbeispiel einfache Zähler sein. Die Sequenz I summiert sich im Betrieb D zu 28 und zu Null im Betrieb L und Q. Die Betriebe D, L und Q sind vorstehend in Tabelle II summiert. Sequence I is a constant logic 1 and is connected to the input signals of ALUs 406 P (I24) and 406 Q ( 113 ). Sequence I is one bit wide. Therefore, ALUs 406 P (I24) and 406 Q (I13) could be simple counters in an alternative embodiment. Sequence I adds up to 2 8 in operation D and zero in operation L and Q. Operations D, L and Q are added up in Table II above.

Die Sequenz J schreitet von -159,5 auf +159,5 um +1 pro Schritt linear fort. Die Sequenz J weist neun Bits vom Aufwärtszähler 422 auf, die mit einem niederstwertigen Bit einer konstanten logischen 1 verkettet sind. Die Sequenz J ist zehn Bit breit und ist mit den Eingangssignalen der ALUs 406R (J24) und 406S (J13) verbunden. Die Sequenz J summiert sich auf 214 im Betrieb L und auf Null im Betrieb D und Q. Sequence J progresses linearly from -159.5 to +159.5 by +1 per step. Sequence J has nine bits from up counter 422 concatenated with a least significant bit of a constant logic 1. The sequence J is ten bits wide and is connected to the input signals of the ALUs 406 R (J24) and 406 S (J13). Sequence J adds up to 2 14 in operation L and to zero in operation D and Q.

Die Sequenz K ist quadratisch und gleicht an jeder Stufe in numerischer Weise J2 - 9.045,25. Die Sequenz K ist 16 Bits breit und mit den Eingangssignalen der ALUs 406T (K24) und 406U (K13) verbunden. Der Wert 9.045,25 ist gleich (64.127.129 - 96.191.193 + 160.321.319)/(12.128), was sicherstellt, daß K sich auf Null summiert, wenn die Blöcke 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9 und 10 summiert werden. Die Sequenz K wird durch Laden von 16.395 in den Akkumulator 426 am Beginn einer neuen Gruppe 600 der Positionsdatenworte 300 und durch Akkumulieren (2.J - 1) an jeder Stufe, was das Doppelte des Werts des Zählers 422 allein ist, d. h. ohne die 1, die mit dem niederwertigste Bit verkettet ist, aufgebaut. J wird mit 2 durch Verschieben von J um ein Bit mit dem Bitverschieber 424 multipliziert. Die Sequenz K summiert sich auf 221 im Betrieb Q und auf Null im Betrieb D und L. The sequence K is square and is numerically equal to J 2 - 9.045.25 at each stage. The sequence K is 16 bits wide and is connected to the input signals of the ALUs 406 T (K24) and 406 U (K13). The value 9,045.25 is equal to (64.127.129 - 96.191.193 + 160.321.319) / (12.128), which ensures that K sums to zero when blocks 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9 and 10 can be summed. Sequence K is loaded by loading 16,395 into accumulator 426 at the beginning of a new group 600 of position data words 300 and by accumulating (2.J-1) at each stage, which is double the value of counter 422 alone, ie without the 1st that is chained with the least significant bit. J is multiplied by 2 by shifting J by one bit with bit shifter 424 . The sequence K adds up to 2 21 in operation Q and to zero in operation D and L.

Der Anschlußzählwertausgang des Modulo-5-Zählers 506 erzeugt alle 1.024 Mikrosekunden ein Gruppentaktsignal, was das Ende einer Gruppe 600 der Positionsdatenworte 300 anzeigt. Das Gruppentaktsignal vom Modulo-5-Zähler 506 ist mit den 21 Registern 421 gekoppelt. Jedes der 21 Register 421 ist auch mit dem Ausgangssignal der 21 ALUs 406 gekoppelt. Wenn das Gruppentaktsignal durch die Register 421 empfangen wird, werden alle 21 Ausgangssignale der ALUs 406 in den 21 Registern 421 zwischengespeichert. Die ALUs 406 werden dann auf Null zurückgesetzt, und der Aufwärtszähler 422 und der Akkumulator 426 werden mit den Werten 160 bzw. 16.395 geladen. Nachdem die ALUs 406 zurückgesetzt worden sind, sind sie erneut für neue Einträge empfänglich. The connection count output of the modulo 5 counter 506 generates a group clock signal every 1024 microseconds, which indicates the end of a group 600 of the position data words 300 . The group clock signal from the modulo 5 counter 506 is coupled to the 21 registers 421 . Each of the 21 registers 421 is also coupled to the output of the 21 ALUs 406 . When the group clock signal is received by the registers 421 , all 21 output signals of the ALUs 406 are buffered in the 21 registers 421 . The ALUs 406 are then reset to zero and the up counter 422 and accumulator 426 are loaded with the values 160 and 16,395, respectively. After the ALUs 406 have been reset, they are receptive to new entries again.

C. Erzeugung von Nichtlinearitätsparametern (Größenordnung VNL und Phase θNL)C. Generation of non-linearity parameters (order of magnitude V NL and phase θ NL )

Die 21 Werte, die durch die Register 421 von den ALUs 406 zwischengespeichert werden, sind I24, J24, K24, C24, S24, P24, I13, J13, K13, C13, S13, P13, PD, PL, PQ, CD, CL, CQ, SD, SL und SQ, die durch die ALUs 406P, 406R, 406T, 406D, 406I, 406N, 406Q, 406S, 406U, 406E, 406J, 406O, 406K, 406L, 406M, 406A, 406B, 406C, 406F, 406G bzw. 406H ausgegeben wurden. Die 21 Werte werden durch den Parameter-Generator 212 digital verarbeitet, um die Größenordnung VNL und Phase θNL einer beliebigen Nichtlinearität, die in dem Signal vorhanden ist, unter Verwendung der mathematischen Prozedur, die in den nachstehenden Gleichungen IX bis XIX gezeigt ist, zu produzieren. The 21 values that are latched by registers 421 from ALUs 406 are I 24 , J 24 , K 24 , C 24 , S 24 , P 24 , I 13 , J 13 , K 13 , C 13 , S 13 , P 13 , P D , P L , P Q , C D , C L , C Q , S D , S L and S Q created by the ALUs 406 P, 406 R, 406 T, 406 D, 406 I, 406 N, 406 Q, 406 S, 406 U, 406 E, 406 J, 406 O, 406 K, 406 L, 406 M, 406 A, 406 B, 406 C, 406 F, 406 G and 406 H respectively. The 21 values are digitally processed by parameter generator 212 to order the magnitude V NL and phase θ NL of any nonlinearity present in the signal using the mathematical procedure shown in Equations IX through XIX below. to produce.

Die sechs Größen P24', C24', S24', P13', C13' und S13' werden wie folgt erzeugt: Gleichung IX

Gleichung X

Gleichung XI

Gleichung XII

Gleichung XIII

Gleichung XIV

The six sizes P 24 ', C 24 ', S 24 ', P 13 ', C 13 'and S 13 ' are generated as follows: Equation IX

Equation X

Equation XI

Equation XII

Equation XIII

Equation XIV

Von den sechs Größen, die in den Gleichungen XI bis XIV berechnet werden, werden die Nichtlinearitätsparameter VNL und θNL, wie in den nachfolgenden Gleichungen XV bis XIX gezeigt ist, erzeugt: Gleichung XV det = -C24'.S13' + C13'.S24' Gleichung XVI ANL = -S13'P24' + S24'P13' Gleichung XVII BNL = C13'P24' - C24'P13' Gleichung XVIII Nichtlinearitätsgrößenordnung VNL = (ANL 2 + BNL 2)S/det Gleichung XIX Nichtlinearitätsphase θNL = arctangent (BNL/ANL)/2π

From the six quantities that are calculated in equations XI to XIV, the non-linearity parameters V NL and θ NL are generated, as shown in the following equations XV to XIX: Equation XV det = -C 24 '.S 13 ' + C 13 '.S 24 ' equation XVI A NL = -S 13 'P 24 ' + S 24 'P 13 ' equation XVII B NL = C 13 'P 24 ' - C 24 'P 13 ' equation XVIII non-linearity order V NL = (A NL 2 + B NL 2 ) S / det equation XIX nonlinearity phase θ NL = arctangent (B NL / A NL ) / 2π

Sowohl die Linearitätsgrößenordnung VNL als auch die Phase θNL sind im UI ausgedrückt, wenn ein UI λ/4 darstellt. Die Spitzenpositionsabweichung vom Ideal ist VNL, und die Position des periodischen Musters ist durch die Phase BNL gegeben. Both the linearity magnitude V NL and the phase θ NL are expressed in the UI when a UI represents λ / 4. The peak position deviation from the ideal is V NL and the position of the periodic pattern is given by the phase BNL.

Bei einem Ausführungsbeispiel werden nur Festkommaberechnungen durch das Kompensationssystem 200 ausgeführt, und Divisionsoperationen sind auf Potenzen von 2 beschränkt. Bei einer Form der Erfindung ist der Prozeß, der durch das Kompensationssystem 200 ausgeführt wird, entweder mit einer Hardware oder einer Firmware oder einer Kombination aus einer Hardware und einer Firmware implementiert. In one embodiment, only fixed point calculations are performed by the compensation system 200 , and division operations are limited to powers of 2. In one form of the invention, the process performed by compensation system 200 is implemented with either hardware or firmware, or a combination of hardware and firmware.

D. Nichtlinearitätskompensation unter Verwendung von erzeugten ParameternD. Nonlinearity compensation using generated parameters

Das Nichtlinearitätsmuster, das ein Gegenstand der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist, ist ein Ergebnis einer SSB-Modulation (SSB-Modulation = singleside-band modulation = Einseitenbandmodulation) und ist keine einzelne Sinuskurve. Speziell ist Δφ(φ), die Phasenabweichung vom Ideal als eine Funktion der Nichtlinearitätsphase φ im UI durch die nachstehende Gleichung XX gegeben: Gleichung XX

wobei:
r das Verhältnis der störenden Signalgrößenordnung zur idealen Signalgrößenordnung ist; und
der Winkel θ eine Phasendifferenz zwischen der Nichtlinearitätsperiodizität Δφ(φ) und der Nichtlinearitäs- Phasenprogression φ ist. Der Blockregressionsprozeß mißt den Phasenversatz als θNL.
The non-linearity pattern, which is an object of the embodiments of the present invention, is a result of SSB modulation (SSB modulation = single sideband modulation) and is not a single sine curve. Specifically, Δφ (φ), the phase deviation from the ideal as a function of the nonlinearity phase φ in UI, is given by Equation XX below: Equation XX

in which:
r is the ratio of the disturbing signal magnitude to the ideal signal magnitude; and
the angle θ is a phase difference between the nonlinearity periodicity Δφ (φ) and the nonlinearity phase progression φ. The block regression process measures the phase offset as θ NL .

Für kleine Abweichungen ist Δ(φ) durch die nachstehenden Gleichungen XXI bis XXIV gut genähert: Gleichung XXI

Gleichung XXII

Gleichung XXIII Δφ(φ) ≍ VNL.cos2π(φ-θNL).[1+2π.VNLSin2π(φ-θNL)] Gleichung XXIV Δφ(φ) ≍ VNL.cos2π(φ-θNL)+π.VNL 2sin4π(φ-θNL)
For small deviations, Δ (φ) is well approximated by Equations XXI to XXIV below: Equation XXI

Equation XXII

Equation XXIII Δφ (φ) ≍ V NL .cos2π (φ-θ NL ). [1 + 2π.V NL Sin2π (φ-θ NL )] Equation XXIV Δφ (φ) ≍ V NL .cos2π (φ-θ NL ) + π.V NL 2 sin4π (φ-θ NL )

Die Größe r/2π in der Gleichung XXII wird als VNL, die Größenordnung in den Gleichungen XXIII und XXIV, gemessen, und 9 in der Gleichung XXII erscheint als Abweichungsphase θNL in den Gleichungen XXIII und XXIV. Beide Größen VNL und θNL sind in einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung des Blockregressionsverfahrens, das vorstehend beschrieben ist, bestimmt. Die Werte von VNL und θNL werden exakt unter ausschließlicher Verwendung des Kosinusglieds geschätzt. Das Sinusglied, das bei der doppelten Frequenz orthogonal ist, muß nicht in die Blockregressionsschätzung involviert sein, spielt jedoch beim Bestimmen des tatsächlichen Kompensationswerts eine Rolle. The quantity r / 2π in equation XXII is measured as V NL , the order of magnitude in equations XXIII and XXIV, and 9 in equation XXII appears as the phase of deviation θ NL in equations XXIII and XXIV. Both quantities V NL and θ NL are determined in one embodiment using the block regression method described above. The values of V NL and θ NL are estimated exactly using the cosine term only. The sine element, which is orthogonal at twice the frequency, does not have to be involved in the block regression estimate, but does play a role in determining the actual compensation value.

Obwohl die Nichtlinearitätsparameter (Größenordnungs-VNL und Phasen-θNL) von den gemessenen Daten abgeleitet sind, die mit einer Rate von einem alle 3,2 Mikrosekunden ankommen, können dieselben verwendet werden, um die Positionsdaten mit einer Rate für die nächsten 1.024 Mikrosekunden zu kompensieren. Although the non-linearity parameters (order V NL and phase θ NL ) are derived from the measured data arriving at a rate of one every 3.2 microseconds, they can be used to position the data at a rate for the next 1024 microseconds to compensate.

Die nachstehende Gleichung XXV kann als die Phasenabweichung Δφ(j) zu einer beliebigen Zeitstufe j als eine Funktion der idealen Nichtlinearphase φ(j) beschrieben werden: Gleichung XXV Δφ(j) ≍ VNL.cos2πφ(j) + π.VNL 2.sin4πφ(j)

wobei VNL ein gemessener Wert ist.
The following equation XXV can be described as the phase deviation Δφ (j) at any time stage j as a function of the ideal non-linear phase φ (j): Equation XXV Δφ (j) ≍ V NL .cos2πφ (j) + π.V NL 2 .sin4πφ (j)

where V NL is a measured value.

Die Gleichung XXV zeigt die erwartete Nichtlinearitätsphasenabweichung Δφ(j) angesichts der idealen Phase φ(j). Der Wert θNL ist ebenfalls ein gemessener Wert. Er wird von der Nichtlinearitäts-Phasenprogression (ΨNL(j)) subtrahiert, um eine versatzentfernte Nichtlinearitäts-Phasenprogression φNL(j) zu erzeugen. In der Praxis ist das Ideal φ(j) nicht verfügbar. Jedoch unterliegt φNL(j) an sich einer Nichtlinearitätsstörung und unterscheidet sich vom Ideal φ(j) um einen unbekannten Betrag Δφ(j), wie in der nachstehenden Gleichung XXVI gezeigt ist: Gleichung XXVI θNL(j) = φ(j) + Δφ(j)
Equation XXV shows the expected non-linearity phase deviation Δφ (j) in view of the ideal phase φ (j). The value θ NL is also a measured value. It is subtracted from the non-linearity phase progression (ΨNL (j)) to produce a non-offset non-linearity phase progression φN L (j). In practice, the ideal φ (j) is not available. However, φ NL (j) is inherently subject to non-linearity perturbation and differs from the ideal φ (j) by an unknown amount Δφ (j), as shown in Equation XXVI below: Equation XXVI θ NL (j) = φ (j) + Δφ (j)

Die Phasenabweichung ΔΦNL(j) basierend auf dem verfälschten Argument ΦNL(j) ist: Gleichung XXVII ΔφNL(j) ≍ VNL.cos2πφNL(j) + π.VNL 2sin4πφNL(j)
The phase deviation ΔΦ NL (j) based on the falsified argument Φ NL (j) is: Equation XXVII Δφ NL (j) ≍ V NL .cos2πφ NL (j) + π.V NL 2 sin4πφ NL (j)

Diese Größe in der Gleichung XXVII ist jedoch nicht exakt die erforderliche Kompensation, da sie auf einem verfälschten Argument basiert. However, this quantity in equation XXVII is not exact the compensation required because it is based on a falsified argument based.

Angenommen, daß die Veränderungen nahe des Bereichs zwischen φNL(j) und φ j) stückweise linear sind, stehen diese beiden ebenfalls in Beziehung zueinander, wie in der nachfolgenden Gleichung XXVIII gezeigt ist: Gleichung XXVIII Δφ(j) = ΔφNL(j) - Δ'φNL.Δφ(j)
Assuming that the changes near the range between φ NL (j) and φ j) are piecewise linear, these two are also related, as shown in Equation XXVIII below: Equation XXVIII Δφ (j) = Δφ NL (j ) - Δ'φ NL .Δφ (j)

Die gewünschte Abweichung Δφ(j) kann wie folgt gelöst werden: Gleichung XXIX

The desired deviation Δφ (j) can be solved as follows: Equation XXIX

Für kleine Werte von VNL (z. B. VNL « 1/2Π) kann die Verwendung von 1/(1 - δ) ≍ 1 + δ und Auslassen aller Glieder, die VNL 3 oder höher involvieren, kann ΔΦ(j), wie in den nachstehenden Gleichungen XXX und XXXI gezeigt ist, vereinfacht werden: Gleichung XXX Δφ(j) ≍ (VNL.cos[2πφNL(j)] + πVNL 2sin[4πφNL(j)]).(1 + 2πVNLsin[2πφNL(j)]) Gleichung XXXI Δφ(φNL) = VNL.cos2πφNL + 2π.VNL 2.sin4πφNL

For small values of V NL (e.g. V NL «1/2 Π ) the use of 1 / (1 - δ) ≍ 1 + δ and omission of all terms involving V NL 3 or higher can ΔΦ ( j), as shown in equations XXX and XXXI below: Equation XXX Δφ (j) ≍ (V NL .cos [2πφ NL (j)] + πV NL 2 sin [4πφ NL (j)]). (1 + 2πV NL sin [2πφ NL (j)]) equation XXXI Δφ (φ NL ) = V NL .cos2πφ NL + 2π.V NL 2 .sin4πφ NL

Daher kann die gewünschte Phasenabweichung ΔΦ(j) von der verfälschten Phase ΦNL(j) ziemlich exakt bis zu den zweiten Harmonischen durch die Gleichung XXXI konstruiert werden. Therefore, the desired phase deviation ΔΦ (j) from the distorted phase Φ NL (j) can be constructed almost exactly up to the second harmonic by equation XXXI.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird ΔΦ zu einer einzelnen Lese-/Schreibspeichertabelle 206A (in Fig. 7 gezeigt) berechnet, die 256 Einträge aufweist, die eine Periode von ΦNL umspannen, und um die acht höchstwertigen Bruchbits NLF1-NLF8 von ΦNL adressierbar ist. Gemäß der Gleichung XXXI ist jeder Eintrag in die Tabelle 206A acht Bits breit. In one embodiment, ΔΦ is computed to a single read / write memory table 206 A (shown in FIG. 7) that has 256 entries spanning a period of Φ NL and is addressable by the eight most significant fraction bits NLF1-NLF8 of Φ NL , According to equation XXXI, each entry in table 206 A is eight bits wide.

Die Fig. 7 ist ein elektrisches Blockdiagramm, das den Kompensationsverarbeitungsblock 206, der in Fig. 2 gezeigt ist, ausführlicher darstellt. Der Kompensationsverarbeitungsblock 206 umfaßt einen RAM-Tabellengenerator 702, eine RAM-Tabelle 206A und eine ALU 206B. Bei einer Form der Erfindung umfaßt die RAM-Tabelle 206A 256 Werte für ΔΦ, die anhand der Gleichung XXXI unter Verwendung von fraktionellen φ-Werten, die eine Periode umspannen, berechnet werden. Die verschiedenen Werte für Δφ in der RAM-Tabelle 206A werden durch Δφ(φNL) dargestellt, wo die Beziehung wie in der Gleichung XXXI ist. Die RAM-Tabelle 206A wird durch den RAM-Tabellengenerator 702 basierend auf einem Nichtlinearitätsparameter VNL, der durch den Parametergenerator 212 bereitgestellt wird, erzeugt. Der andere Nichtlinearitätsparameter ΦNL, der ebenfalls durch den Parametergenerator 212 bereitgestellt wird, wird von den derzeit beobachteten Nichtlinearitäts-Datenworten ΨNL(j) durch die ALU 217 subtrahiert, um die nichtlineare Phasenprogression φNL(j) zu erzeugen. Der RAM-Tabellengenerator 702 aktualisiert die Δφ (j)-Werte, die in der RAM-Tabelle 704 gespeichert sind, immer wenn ein neuer Wert für VNL empfangen wird. Wie vorstehend beschrieben ist, werden VNL und φNL alle 1.024 Mikrosekunden (d. h. alle 320 Positionsdatenworte 300 und die entsprechenden Meßkanal-Phasenprogressionsworte 209M) berechnet. FIG. 7 is an electrical block diagram that illustrates the compensation processing block 206 shown in FIG. 2 in greater detail. The compensation processing block 206 includes a RAM table generator 702 , a RAM table 206 A, and an ALU 206 B. In one form of the invention, RAM table 206A includes 256 values for ΔΦ that are derived from Equation XXXI using fractional φ values spanning a period can be calculated. The various values for Δφ in RAM table 206 A are represented by Δφ (φ NL ) where the relationship is as in equation XXXI. The RAM table 206 A is generated by the RAM table generator 702 based on a non-linearity parameter V NL provided by the parameter generator 212 . The other non-linearity parameter Φ NL , which is also provided by parameter generator 212 , is subtracted from the currently observed non-linearity data words Ψ NL (j) by ALU 217 to generate the non-linear phase progression φ NL (j). RAM table generator 702 updates the Δφ (j) values stored in RAM table 704 whenever a new value for V NL is received. As described above, V NL and φ NL are calculated every 1024 microseconds (ie every 320 position data words 300 and the corresponding measurement channel phase progression words 209 M).

Zu einem beliebigen gegebenen Zeitindex j adressiert die (verfälschte) Phase φNL(j) die Tabelle 205A. Die RAM- Tabelle 206A ist durch die acht höchstwertigen Bruchbits NLF1-NLF8 der nichtlinearen Phasenprogression φNL(j) adressierbar. Die Aφ-Werte, die durch die Nichtlinearitätsphase φNL(j) mit einer Rate von 3,2 Mikrosekunden adressiert werden, werden durch die RAM-Tabelle 206A an die ALU 706 ausgegeben. Der durch die Tabelle 206A ausgegebene Wert ist exakt die Kompensation, die momentan erforderlich ist. Die ALU 206B subtrahiert den Wert, der durch die Tabelle 206A ausgegeben wird, von dem derzeitigen Positionsdatenwort, um das kompensierte Datenwort ungeachtet der Rate der Positionsdatenworte, die kompensiert werden, zu erhalten. Die ALU 206B subtrahiert die Aφ-Werte, die von der RAM- Tabelle 206A erhalten werden, von den empfangenen Positionsdaten, die bei einem Ausführungsbeispiel gemessene oder beobachtete Positionsdaten und extrapolierte Positionsdaten umfassen. At any given time index j, the (corrupted) phase φ NL (j) addresses table 205 A. The RAM table 206 A is addressable by the eight most significant fraction bits NLF1-NLF8 of the nonlinear phase progression φ NL (j). The Aφ values, which are addressed by the nonlinearity phase φ NL (j) at a rate of 3.2 microseconds, are output to the ALU 706 by the RAM table 206A . The value output by table 206 A is exactly the compensation that is currently required. The ALU 206 B subtracts the value output by the table 206 A from the current position data word to obtain the compensated data word regardless of the rate of the position data words that are compensated. The ALU 206 B subtracts the Aφ values obtained from the RAM table 206 A from the received position data, which in one embodiment include position data measured or observed and extrapolated position data.

Die Nichtlinearitätsprogression φNL(j), die von den beobachteten Positionsdaten durch Subtrahieren eines Versatzes θNL abgeleitet wird, bestimmt die Nichtlinearität, die zu einem beliebigen Zeitpunkt vorhanden ist, ungeachtet der Datenrate der unkompensierten Positionsdaten. Die mathematische Darstellung des Kompensationsprozesses für extrapolierte Positionsdaten ist in der nachstehenden Gleichung XXXII gezeigt: Gleichung XXXII pideal(i) = p(i) - VNL.cos2πφNL(j) - 2π.VNL 2.sin4πφNL(j)

wobei
i für eine beliebige Datenrate steht; und
j für die beobachtete Datenrate steht.
The non-linearity progression φ NL (j), which is derived from the observed position data by subtracting an offset θ NL , determines the non-linearity that is present at any time regardless of the data rate of the uncompensated position data. The mathematical representation of the compensation process for extrapolated position data is shown in Equation XXXII below: Equation XXXII p ideal (i) = p (i) - V NL .cos2πφ NL (j) - 2π.V NL 2 .sin4πφ NL (j)

in which
i stands for any data rate; and
j stands for the observed data rate.

E. Aktualisierungssuspension von NichtlinearitätsparameternE. Update suspension from Nonlinearity parameters

Bei einem Ausführungsbeispiel, wenn die Meßkanalfrequenz die Hälfte der Referenzkanalfrequenz auf innerhalb von ± 7,8125 kHz oder innerhalb von Vielfachen von 312,500 kHz ± 7,8125 kHz annähert, wird die Aktualisierung der quasistatischen Nichtlinearitätsparameter θNL und VNL aufgehoben. Wenn eine dieser Geschwindigkeitsbedingungen vorhanden ist, sendet der Blockdatengenerator 210 (in Fig. 2 gezeigt) ein Aktualisierungssperrsignal 216 an den Parametergenerator 212, was anzeigt, daß das Aktualisieren der Nichtlinearitätsparameter aufgehoben werden soll. Bei einer Form der Erfindung lautet der Test für das Nichtvorhandensein der vorstehenden Geschwindigkeitsbedingungen: (1) Eine Gruppe von 320 Nichtlinearitäts-Phasendatenworten 219 muß zumindest acht "Quadranten"-Übergänge innerhalb von 1.024 Mikrosekunden aufweisen; und (2) die Gruppe von 320 Nichtlinearitäts-Phasendatenworten 219 darf bei keinem Quadranten für mehr als 128 Mikrosekunden verweilen. In one embodiment, when the measurement channel frequency approaches half of the reference channel frequency within ± 7.8125 kHz or within multiples of 312.500 kHz ± 7.8125 kHz, the update of the quasi-static non-linearity parameters θ NL and V NL is canceled. If one of these speed conditions is present, block data generator 210 (shown in FIG. 2) sends an update inhibit signal 216 to parameter generator 212 , indicating that the update of the non-linearity parameters should be canceled. In one form of the invention, the test for the absence of the above speed conditions is: (1) A group of 320 non-linearity phase data words 219 must have at least eight "quadrant" transitions within 1024 microseconds; and (2) the set of 320 nonlinearity phase data words 219 must not dwell on any quadrant for more than 128 microseconds.

Ein "Quadrant" ist durch die höchstwertigen zwei Bits (NLF1 und NLF2) des Bruchteils der Nichtlinearitäts- Phasendatenworte definiert, wie in der nachstehenden Tabelle IV gezeigt ist: Tabelle IV (NLF1, NLF2) Name 0,0 1. Quadrant 0,1 2. Quadrant 1,0 3. Quadrant 1,1 4. Quadrant A "quadrant" is defined by the most significant two bits (NLF1 and NLF2) of the fraction of the non-linearity phase data words, as shown in Table IV below: Table IV (NLF1, NLF2) Surname 0.0 1st quadrant 0.1 2nd quadrant 1.0 3rd quadrant 1.1 4th quadrant

Die Nichtlinearitätsparameter θNL und VNL werden aktualisiert, wenn einer oder beide der vorstehenden zwei Tests erfüllt ist. Wenn keiner der Tests erfüllt ist, wird das Aktualisieren der Nichtlinearitätsparameter aufgehoben. Die Nichtlinearitätsparameterwerte, die vor der Aufhebung berechnet werden, werden beibehalten und zum ununterbrochenen Kompensieren neuer Positionsdaten verwendet. Das Aktualisieren der Nichtlinearitätsparameter wird nur dann wieder aufgenommen, wenn entweder einer oder beide der vorstehenden beiden Tests erfüllt ist. The non-linearity parameters NL NL and V NL are updated when one or both of the above two tests are met. If none of the tests are met, the update of the non-linearity parameters is canceled. The nonlinearity parameter values calculated before the cancellation are retained and used to continuously compensate for new position data. Updating of the non-linearity parameters is resumed only when either or both of the above two tests are met.

Bei einigen Metrologiesystemen, wenn die Differenz zwischen zweimal der Meßkanalfrequenz und der Referenzkanalfrequenz hoch ist, eliminiert ein Nachlauffilter den Störeffekt des Lecksignals, und es ist keine erhebliche Nichtlinearität in den Daten vorhanden. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umgeht den Kompensationsprozeß während derart hoher Frequenzdifferenzbedingungen. For some metrology systems, if the difference between twice the measuring channel frequency and the Is high, a tracking filter eliminates the Interfering effect of the leak signal and it is not a significant one Non-linearity in the data. An embodiment the present invention circumvents the compensation process during such high frequency difference conditions.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind vorwiegend auf heterodyne Interferometer anwendbar. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Interferometer selbst in keinster Weise modifiziert worden. Vielmehr werden die resultierenden Meßdaten, die durch das Interferometer ausgegeben werden, verarbeitet, und zwei am besten geeignete quasistatische Nichtlinearitätsparameter werden erzeugt, um die Daten in naher Zukunft zu kompensieren. Bei unendlicher Fortsetzung des Prozesses werden nach einer anfänglichen Latenzperiode alle Daten kompensiert. Die Ausführungsbeispiele der Erfindung involvieren nur eine digitale numerische Berechnung durch eine Hardware, Software oder eine Kombination aus denselben. Bei einer Form der Erfindung wird kein optischer oder analoger elektrischer Schaltungsaufbau verwendet. Bei einem Ausführungsbeispiel werden keine Fourier-Transformation oder andere Spektralanalyseverfahren verwendet. Embodiments of the present invention are mainly applicable to heterodyne interferometers. At a The embodiment is the interferometer itself in has not been modified in any way. Rather, they are resulting measurement data by the interferometer are spent, processed, and two most appropriate quasi-static non-linearity parameters are generated, to compensate for the data in the near future. at the process will continue indefinitely after a initial latency period compensated for all data. The Embodiments of the invention involve only one digital numerical calculation by hardware, software or a combination of the same. With a form of Invention is not an optical or analog electrical Circuit structure used. In one embodiment won't be a Fourier transform or any other Spectral analysis method used.

Claims (25)

1. Verfahren zum Kompensieren (200) einer Nichtlinearität des Hochgeschwindigkeitstyps, die sich in heterodynen Interferometerpositionsdaten manifestiert, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Empfangen einer Mehrzahl von Gruppen von digitalen Positionswerten (204);
Empfangen einer Mehrzahl von Gruppen von digitalen Phasenwerten (209M) aus einem Meßkanal (208M);
digitales Verarbeiten (210) einer ersten Gruppe der digitalen Positionswerte und digitalen Phasenwerte, um eine Mehrzahl von Blockdatenwerten zu erzeugen;
digitales Verarbeiten (212) der Mehrzahl von Blockdatenwerten, um zumindest einen quasistatischen Nichtlinearitätsparameter (214) zu erzeugen; und
Kompensieren (206) einer zweiten Gruppe der digitalen Positionswerte basierend auf dem zumindest einen quasistatischen Nichtlinearitätsparameter.
1. A method of compensating ( 200 ) for a non-linearity of the high-speed type, which is manifested in heterodyne interferometer position data, the method comprising the following steps:
Receiving a plurality of groups of digital position values ( 204 );
Receiving a plurality of groups of digital phase values ( 209 M) from a measurement channel ( 208 M);
digitally processing ( 210 ) a first group of the digital position values and digital phase values to generate a plurality of block data values;
digitally processing ( 212 ) the plurality of block data values to generate at least one quasi-static non-linearity parameter ( 214 ); and
Compensate ( 206 ) a second group of the digital position values based on the at least one quasi-static non-linearity parameter.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Gruppe nur gemessene digitale Positionswerte (204) und digitale Phasenwerte (209M) umfaßt. 2. The method according to claim 1, wherein the first group comprises only measured digital position values ( 204 ) and digital phase values ( 209 M). 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die zweite Gruppe nur gemessene digitale Positionswerte (204M) umfaßt. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the second group comprises only measured digital position values ( 204 M). 4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zweite Gruppe gemessene digitale Positionswerte und extrapolierte digitale Positionswerte (204) umfaßt. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the second group comprises measured digital position values and extrapolated digital position values ( 204 ). 5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem jede Gruppe von digitalen Positionswerten 320 Positionsdatenworte umfaßt. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, in which each group of digital position values 320 Position data words includes. 6. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die erste Gruppe in zehn Blöcken von jeweils 32 Worten verarbeitet wird. 6. The method according to claim 5, wherein the first group processed in ten blocks of 32 words each becomes. 7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem jedes Positionsdatenwort 32 Bits ist. 7. The method of claim 6, wherein each Position data word is 32 bits. 8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der zumindest eine quasistatische Nichtlinearitätsparameter basierend auf einer Blockregressionstechnik erzeugt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, in which the at least a quasi-static Nonlinearity parameters based on a block regression technique is produced. 9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der zumindest eine Nichtlinearitätsparameter einen Nichtlinearitäts-Größenparameter (214M) und einen Nichtlinearitäts-Phasenparameter (214P) umfaßt. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the at least one non-linearity parameter comprises a non-linearity magnitude parameter ( 214 M) and a non-linearity phase parameter ( 214 P). 10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die zeitliche Frequenz der Nichtlinearität, die kompensiert wird, die Differenz zwischen der Meßkanalfrequenz und der Dopplerfrequenz ist. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, in which the temporal frequency of the nonlinearity, the is compensated for the difference between the Measuring channel frequency and the Doppler frequency is. 11. Kompensationssystem (200) zum Kompensieren einer Nichtlinearität eines Hochgeschwindigkeitstyps bei heterodynen Interferometerpositionsdaten, wobei das System folgende Merkmale aufweist:
einen ersten Eingang (416) zum Empfangen einer Mehrzahl von Gruppen (600) von digitalen Positionswerten (300), wobei jeder digitale Positionswert einen Ganzzahlabschnitt und einen Bruchzahlabschnitt umfaßt;
einen zweiten Eingang zum Empfangen einer Mehrzahl von Gruppen von Phasenwerten (209M) aus einem Meßkanal (208M);
einen digitalen Positionsdatenprozessor (210) zum digitalen Verarbeiten einer ersten Gruppe von digitalen Positionswerten und Meßkanalphasenwerten und zum Erzeugen einer Mehrzahl von Datenwerten;
einen digitalen Datenwertprozessor (212) zum Verarbeiten der Mehrzahl von Datenwerten und Erzeugen von zumindest einem Nichtlinearitätsparameter (214); und
einen digitalen Kompensator (206) zum Kompensieren einer zweiten Gruppe der digitalen Positionswerte basierend auf dem zumindest einen Nichtlinearitätsparameter.
11. Compensation system ( 200 ) for compensating for a non-linearity of a high-speed type with heterodyne interferometer position data, the system having the following features:
a first input ( 416 ) for receiving a plurality of groups ( 600 ) of digital position values ( 300 ), each digital position value comprising an integer section and a fraction section;
a second input for receiving a plurality of groups of phase values ( 209 M) from a measuring channel ( 208 M);
a digital position data processor ( 210 ) for digitally processing a first group of digital position values and measurement channel phase values and for generating a plurality of data values;
a digital data processor ( 212 ) for processing the plurality of data values and generating at least one non-linearity parameter ( 214 ); and
a digital compensator ( 206 ) for compensating a second group of the digital position values based on the at least one non-linearity parameter.
12. Kompensationssystem gemäß Anspruch 11, bei dem der digitale Positionsdatenprozessor folgende Merkmale aufweist:
eine Kosinusnachschlagtabelle (402) zum Liefern von Kosinuswerten entsprechend einem Bruchteil der Summe der empfangenen digitalen Positionswerte und Meßkanalphasenwerte;
eine Sinusnachschlagtabelle (404) zum Liefern von Sinuswerten entsprechend einem Bruchteil der Summe der empfangenen digitalen Positionswerte und Meßkanalphasenwerte;
eine erste Mehrzahl von arithmetischen logischen Einheiten (ALUs) (406A-406J) zum arithmetischen Verarbeiten der Kosinuswerte und der Sinuswerte, wobei jede ALU in der ersten Mehrzahl konfiguriert ist, um einen der Mehrzahl von Datenwerten basierend auf der arithmetischen Verarbeitung auszugeben; und
eine zweite Mehrzahl von ALUs (406K-406O) zum arithmetischen Verarbeiten von empfangenen digitalen Positionswerten, wobei jede ALU in der zweiten Mehrzahl konfiguriert ist, um einen von der Mehrzahl von Datenwerten basierend auf der arithmetischen Verarbeitung auszugeben.
12. Compensation system according to claim 11, wherein the digital position data processor has the following features:
a cosine lookup table ( 402 ) for providing cosine values corresponding to a fraction of the sum of the received digital position values and measurement channel phase values;
a sine lookup table ( 404 ) for providing sine values corresponding to a fraction of the sum of the received digital position values and measurement channel phase values;
a first plurality of arithmetic logic units (ALUs) ( 406 A- 406 J) for arithmetically processing the cosine and sine values, each ALU in the first plurality configured to output one of the plurality of data values based on the arithmetic processing; and
a second plurality of ALUs ( 406 K- 406 O) for arithmetically processing received digital position values, each ALU in the second plurality configured to output one of the plurality of data values based on the arithmetic processing.
13. Kompensationssystem gemäß Anspruch 12, bei dem der digitale Positionsdatenprozessor ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Mehrzahl von Register (421), die mit den ALUs in der ersten und der zweiten Mehrzahl gekoppelt sind, um die Mehrzahl von Datenwerten zu speichern.
13. Compensation system according to claim 12, wherein the digital position data processor further comprises:
a plurality of registers ( 421 ) coupled to the ALUs in the first and second plurality to store the plurality of data values.
14. Kompensationssystem gemäß Anspruch 13, bei dem der digitale Positionsdatenprozessor ferner folgendes Merkmal aufweist:
einen Zähler (428), der mit der Mehrzahl von Registern gekoppelt ist, wobei der Zähler konfiguriert ist, um zu bewirken, daß die Register die Mehrzahl von Datenwerten am Ende von jeder Gruppe von digitalen Positionswerten speichert.
14. Compensation system according to claim 13, wherein the digital position data processor further comprises:
a counter ( 428 ) coupled to the plurality of registers, the counter configured to cause the registers to store the plurality of data values at the end of each group of digital position values.
15. Kompensationssystem gemäß Anspruch 14, bei dem der Zähler konfiguriert ist, um Signale zum Steuern des Betriebs der ersten und der zweiten Mehrzahl von ALUs (406K-406O) zu erzeugen. 15. The compensation system of claim 14, wherein the counter is configured to generate signals to control the operation of the first and second plurality of ALUs ( 406 K- 406 O). 16. Kompensationssystem gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, das ferner folgende Merkmale aufweist:
einen digitalen Sequenzgenerator (422-426) zum Erzeugen einer Mehrzahl von digitalen Sequenzen; und
eine dritte Mehrzahl von ALUs (406P-406U), die mit dem digitalen Sequenzgenerator zum arithmetischen Verarbeiten der digitalen Sequenzen gekoppelt sind, wobei jede ALU in der dritten Mehrzahl konfiguriert ist, um einen von der Mehrzahl von Datenwerten basierend auf der arithmetischen Verarbeitung auszugeben.
16. Compensation system according to one of claims 12 to 15, further comprising the following features:
a digital sequence generator ( 422-426 ) for generating a plurality of digital sequences; and
a third plurality of ALUs ( 406 P- 406 U) coupled to the digital sequence generator for arithmetically processing the digital sequences, each ALU in the third plurality configured to output one of the plurality of data values based on the arithmetic processing ,
17. Kompensationssystem gemäß Anspruch 16, bei dem die Mehrzahl von digitalen Sequenzen eine konstante Sequenz, eine linear ansteigende Sequenz mit einem Mittelwert von Null und eine quadratische Sequenz mit einem Mittelwert von Null umfaßt, und wobei die Summierung von einer der Sequenzen zu einem Wert einer Potenz von 2 führt und die Summierung von jeder der verbleibenden Sequenzen zu einem Wert von Null führt. 17. Compensation system according to claim 16, wherein the Majority of digital sequences a constant Sequence, a linearly increasing sequence with a Mean of zero and a quadratic sequence with comprises an average of zero, and wherein the Summation of one of the sequences to a value of one Power of 2 leads and the summation of each of the remaining sequences leads to a value of zero. 18. Kompensationssystem gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem jede Gruppe von digitalen Positionswerten 320 Positionsdatenworte umfaßt und bei dem jede Gruppe von Meßphasenwerten 320 Meßphasenworte umfaßt. 18. Compensation system according to one of claims 11 to 17, in which each group of digital position values comprises 320 position data words and in which each group of measurement phase values comprises 320 measurement phase words. 19. Kompensationssystem gemäß Anspruch 18, bei dem jedes Positionsdatenwort 32 Bits ist. 19. Compensation system according to claim 18, wherein each Position data word is 32 bits. 20. Kompensationssystem gemäß einem der Ansprüche 11 bis 19, bei dem der zumindest eine Nichtlinearitätsparameter einen Nichtlinearitäts-Größenparameter und einen Nichtlinearitätsphasenparameter umfaßt. 20. Compensation system according to one of claims 11 to 19, in which the at least one Nonlinearity parameter one nonlinearity magnitude parameter and one Nonlinearity phase parameters included. 21. Kompensationssystem gemäß einem der Ansprüche 11 bis 20, bei dem die zeitliche Frequenz der Nichtlinearität, die kompensiert wird, die Differenz zwischen der Meßkanalfrequenz und der Dopplerfrequenz ist. 21. Compensation system according to one of claims 11 to 20 at which the temporal frequency of the Nonlinearity that is compensated for the difference between the Measuring channel frequency and the Doppler frequency is. 22. Ein heterodynes Interferometersystem (100) zur Verschiebungsmessung, das folgende Merkmale aufweist:
eine Lichtquelle (102) zum Erzeugen von zumindest einem Lichtstrahl;
ein Interferometer (108) zum Erzeugen eines optischen Meßsignals basierend auf dem zumindest einen Lichtstrahl;
einen Empfänger (112) zum Empfangen des optischen Meßsignals und eines optischen Referenzsignals, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um ein analoges Meßsignal basierend auf dem optischen Meßsignal zu empfangen, und konfiguriert ist, um ein analoges Referenzsignal basierend auf dem optischen Referenzsignal zu erzeugen;
eine Steuerung (100P) zum Erzeugen einer Mehrzahl von Gruppen von digitalen Positionswerten (204) und Meßkanalphasenwerten (209M) basierend auf dem analogen Meßsignal und dem analogen Referenzsignal; und
zumindest einen digitalen Signalprozessor (200), der mit der Steuerung gekoppelt ist, um jede Gruppe der digitalen Positionswerte und Meßkanalphasenwerte digital zu verarbeiten und eine Mehrzahl von Datenwerten für jede verarbeitete Gruppe zu erzeugen, wobei der zumindest eine digitale Signalprozessor konfiguriert ist, um die Mehrzahl von Datenwerten für jede verarbeitete Gruppe digital zu verarbeiten, um zumindest einen Nichtlinearitätsparameter für jede verarbeitete Gruppe zu erzeugen, wobei der zumindest eine digitale Signalprozessor konfiguriert ist, um die digitalen Positionswerte basierend auf dem zumindest einen Nichtlinearitätsparameter (214) hinsichtlich einer Nichtlinearität zu kompensieren, wobei die Nichtlinearität, die kompensiert wird, von einem Typ ist, der bei relativ hohen Geschwindigkeiten auftritt.
22. A heterodyne interferometer system ( 100 ) for displacement measurement, which has the following features:
a light source ( 102 ) for generating at least one light beam;
an interferometer ( 108 ) for generating an optical measurement signal based on the at least one light beam;
a receiver ( 112 ) for receiving the optical measurement signal and an optical reference signal, the receiver configured to receive an analog measurement signal based on the optical measurement signal and configured to generate an analog reference signal based on the optical reference signal;
a controller ( 100 P) for generating a plurality of groups of digital position values ( 204 ) and measurement channel phase values ( 209 M) based on the analog measurement signal and the analog reference signal; and
at least one digital signal processor ( 200 ) coupled to the controller for digitally processing each group of digital position values and measurement channel phase values and generating a plurality of data values for each group being processed, the at least one digital signal processor configured to support the plurality digitally process data values for each processed group to generate at least one non-linearity parameter for each processed group, the at least one digital signal processor configured to compensate for the digital position values based on the at least one non-linearity parameter ( 214 ) for non-linearity, wherein the non-linearity that is compensated for is of a type that occurs at relatively high speeds.
23. Interferometersystem (100) gemäß Anspruch 22, bei dem jede Gruppe von digitalen Positionswerten 320 Positionsdatenworte umfaßt und jede Gruppe von Meßkanalphasenwerten entsprechende 320 Datenworte umfaßt. 23. The interferometer system ( 100 ) according to claim 22, wherein each group of digital position values comprises 320 position data words and each group of measurement channel phase values comprises corresponding 320 data words. 24. Interferometersystem (100) gemäß Anspruch 22 oder 23, bei dem zumindest der eine Nichtlinearitätsparameter (214) einen Nichtlinearitäts-Größenparameter und einen Nichtlinearitäts-Phasenparameter umfaßt. The interferometer system ( 100 ) of claim 22 or 23, wherein at least the one non-linearity parameter ( 214 ) comprises a non-linearity magnitude parameter and a non-linearity phase parameter. 25. Interferometersystem (100) gemäß einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem die zeitliche Frequenz der Nichtlinearität, die kompensiert wird, die Differenz zwischen der Meßsignalfrequenz und der Dopplerfrequenz ist. 25. Interferometer system ( 100 ) according to one of claims 22 to 24, wherein the temporal frequency of the non-linearity that is compensated for is the difference between the measurement signal frequency and the Doppler frequency.
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